Файл: Свириденко С.С. Основы синхронизации при приеме дискретных сигналов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.07.2024
Просмотров: 144
Скачиваний: 0
ше порогового [71]. Тошно порог системы определить трудно. Прак тическій порот наступает, когда система перестает следить. При отношении -сіипнал/шум :н,иже порогового наблюдаются і«перескоки» фазы колебаіний, т. е. выход системы из синхроннз-ма. .Кроме того, при больших шумах ів работе системы ФАПЧ наблюдаются неко торые специфические нелинейные явления [72—74]. Так, даже в случае, если начальная расстройка находится в пределах полосы
захівата, в режиме слежения наблюдается некоторая оста точная расстройка, величина которой 'зависит от отношения сиігнал/шум, начальной рас стройки и постоянной времени фильтра.
|
|/ |
|
|
|
|
PlTCUH<t] |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
iß |
|
|
// |
s ' ! |
|
|
30 -1------ |
|
|
|
|
0,8 __ Ма / |
|
|
|||||
|
X ? |
|
|
|
|
/ |
|
|
/ . |
|||
20 |
л |
|
|
|
|
0,0 |
L |
/ / |
|
у |
' |
У |
|
4 |
3 |
|
|
0,0 |
2- |
|
* |
|
|||
10 |
|
У7 |
|
|
0,2 Ч т |
/ |
Г |
Зы |
|
|
||
|
NtJ X - |
/Ч \ |
|
|
/ ! |
|
|
|
|
|
||
|
ч |
4. |
— |
_ |
І |
/;.1/ |
V |
|
|
|||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
О |
10 20 |
30 |
00 |
50 |
ВО І.С |
Рис. 3.10. Зависимость среднего вре мени синхронизации (сплошные кри вые) и среднеквадратичного откло нения времени синхронизации (пунк тирные кривые) от отношения сигнал/шум на входе следящего уст
ройства:
1) 4 /.= 3 F ; 2) Д /.= 2 F; 3 ) 4 /2= F ; F=1 Гц
Рис. 3.11. Вероятность установления
заданного |
времени |
си.нхротіза-шш |
|
при различных отношениях Рс/Рщ. |
|||
|
F = 1 |
.Гц. |
|
------------ Pc/Яш = |
20 |
дБ, |
|
— — — •—-Рс/Ріи ==і10 дБ, |
|||
---------Р с /Р т — 0 дБ |
3) 4/=3F |
||
/) 4/=F; |
2) 4/=2F; |
іВ результате цифрового моделирования следящего кольца с фильтром второго порядка получены дапные, приведенные іна рис. 3.10 и 3.11 [75]. Как результат многократных испытаний получены записи мости среднего времени установления синхронизации -(ста ционарности режима) при различных отношениях оипнал/шум «а входе следящего устройства і(рис. 3.10). Рассчитано также средне квадратичное отклонение времени синхронизации \at. іПарамѳтро-м
кривых является ширина полосы пропускания ФіНЧ ів кольце Д/г-
р
Из графиков, в частности, -следует, что при—£ >40 ТСШІ іи at прак- Рш
тичеоки не зависят от входного отношения сишал/шум. Одновре менно с измерением времени синхронизации определялись его ста тистические характеристики. И а рис. 3.11 приведены зависимости вероятности установления заданного времени синхронизации при
44
различных отношениях сипнал/шум. 'Совокупность представленных зависимостей ідостаточіно полно -иллюстрирует -переходный процесс
всистеме ФАПЧ второго порядка.
3.3.СПОСОБЫ БЕСПОДСТРОЕЧНОЙ ВРЕМЕННОЙ
СИНХРОНИЗАЦИИ
'Рассмотрим способы -осуществления временной синхронизации при приеме дискретных сишалов. Синхронизацию по моменту при хода сигнала можно осуществить двумя способами: 1) следить за
изменением временного -положения специального синхросигнала; 2) определять и отслеживать момент прихода информационного
сипиала в результате его обработки.
(В первом случае синхросигнал можно запечатлеть в изменениях амплитуды или частоты информационного сигнала или же переда вать в отдельные моменты времени. |В этом случае синхросигнал называют маркером. В качестве такого маркера можно использо вать дискретный псевдослучайный сигнал. К системам с времен ным синхросигналом (маркером) относятся старт-стопиые системы синхронизации, в которых специальные -маркерные сигналы в на чале и конце кодового, слов а позволяют осуществить демодуляцию и правильное декодирование. В течение длительности -кодового сло ва подстройка по времени -не производится. ‘Примером системы с
временной |
синхронизацией |
может служить |
система і«Киінеплекс», |
в -которой для синхронизациииспользуются |
радиоимпульсы, -сле |
||
дующие со |
скважностью 2 |
и длительностью |
13,4 мс, -отстоящие -по |
несущей частоте от ближайшего рабочего канала на 220 Гц [76]. При определении границ посылок по информационному сигна
лу над принимаемым сигналом совершаются некоторые преобра зования, позволяющие извлечь с определенной достоверностью не обходимую іинформ-ацию о моментах начала іи -окончания сигнала. Приведем два способа преобразования информационного сигнала с целью получения сигнала временной синхронизации. В качестве информационного сигнала рассмотрим сигнал с относительной -фа зовой (фазоразно-стной) модуляцией, часто используемой в -систе мах -связи.
Один из способов можно 'назвать синхронизацией по -максиму мам огибающей боковых колебаний [76]. Из спектра сигнала поло совым фильтром выделяются верхняя и нижняя части, которые де тектируются амплитудным детектором. Огибающая боковых коле баний M(t) ограничивается снизу (для -более четкого выделения -максимума) и дифференцируется. Оказывается, M(\t) -в моменты скачков -фазы манипулированного сигнала имеет -максимумы, по. расположению которых можно судить о границе .посылки. В мо мент прохождения M(t) через максимум па выходе устройства фиксации нулей появляется короткий импульс, с помощью которо го формируется синхроимпульс. К недостаткам данного опособа следует отнести -сравнительно низкую точность -определения гра ниц посылок и сильное влияние сосредоточенных помех.
45
Дру-пим из .возможных преобразований принимаемого сигнала является івоз'ведение ,в квадрат информационного сигнала и извле чение затем из него .переменной .составляющей, которая зависит от скачков фаз. Среднее значение переменной составляющей на ин тервале длительности посылки тождественно равно нулю при от сутствии скачков фазы. Если же скачок фазы .произошел, среднее значение .переменной составляющей сигнала отлично от нуля. Фильтр высоких частот выделиет переменную составляющую, ин тегрирование сигнала за івремя .посылки производится интеграто ром, на который поступает разность непосредственно .переменной составляющей и ее копии, задержанной .на время длительности по сылки.
3.4. СЛЕДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ
Слежение за моментом прихода дискретного сигнала основы вается на тех же принципах, что и слежение за фазой или частотой ■гармонического сигнала. Предположим, что параметры несущего колебания полностью известны и принимаемый сигнал преобразо ван без потерь в видеосигнал, момент прихода которого необходи мо оценивать в процессе передачи сообщений. іВ общем случае такой сигнал представляет собой реализацию узкополосного .слу чайного процесса. Так как приемник вычисляет взаимокорреляционную функцию принимаемого и опорного сигналов, превышение временного различия между моментом прихода сигнала в прием ник и .моментом генерирования опорного сигнала на величину ин тервала длительности сигнала соответствует отсутствию напряже ния на его выходе.
Слежение за моментом прихода сигнала можно осуществить в дискриминаторе с управляемой задержкой [77] (рис .3.12). Сигнал
Рис. 3.12. ДискриРис. 3;13. Автокорреляционные функции сигналов и соминатор с управответствующие характеристики дискриминаторов
ляемой задерж кой
с выхода фильтра нижних частот, пропорциональный оценке за держки принимаемого сипнала по отношению к опорному, исполь зуется для изменения задержки продифференцированного опорного сигнала на некоторую величину.
4G
Для чело понадобилось дифференцировать опорный сигнал? Дело в том, что производная автокорреляционной функции сигаала .соответствует дискриминационной характеристике замкнутой чувствительной системы, которая устраняет имеющиеся ошибки ■рассогласования. Наклон дискриминационной характеристики дол жен быть положительным. Точки дискриминационной характери стики с положительным наклоном соответствуют отрицательной производной автокорреляционной функции. На рис. 3.13 'Приведе ны графики автокорреляционной функции для гармонической функ ции и функции, имеющей автокорреляционную функцию типа гаус совой кривой. Здесь же приведены соответствующие графики — R'(r). Можно показать, что вз аимокорр еляциониая функция ста ционарного сигнала и его производной по времени равна отрица тельной величине производной по .времени автокорреляционной функции сигнала:
-ПГІЯ«(т)] = |
d |
lim —— |
|
dr |
|
||
а т |
r->°° 2Т |
|
|
|
|
т |
|
= Hm -^r |
— t)dt = |
|
|
г->оо |
2Т |
J dt |
|
|
|
—т |
|
|
|
т |
|
= - lim - і - |
Г s (0 s' (t - т) dt = - R'ss (т). |
(3.29) |
|
Г—►оо |
J |
|
|
|
-т |
|
Из дискриминационной характеристики для -низкочастотного сиг нала следует, что в случае временного рассогласования, выходя щего за пределы участка характеристики с положительным накло ном, способность дискриминатора устранять рассогласование ухуд шается, хотя сигнал ошибки знака не меняет. За пороговую вели чину временной расстройки можно принять интервал тш соответ ствующий точкам характеристики с нулевой крутизной (точки пе региба). Приближенно можно считать, 0т=ігп/3. Величину отноше
ния сипнал/шум на входе системы .слежения, при которой средне квадратичное отклонение ошибки рассогласования равно Тц/3, можно считать пороговой.
Для сигнала типа прямоугольного импульса характеристика дискриминатора с задержанной .синхронизацией должна иметь .вид ступенчатой функции (рис. 3.13). Сипнал ошибки равен постоян ной величине, различающейся знаком. В этом есть определенный ■недостаток, так как любое временное рассогласование вызывает сигнал ошибки одинаковой величины. Характеристика дискрими натора и(т) для -прямоугольных импульсов длительностью Т0 изоб ражена на рис. 3.14. По своему характеру она напоминает харак теристику системы ФАПЧ, и ее можно .рассматривать как прибли жение к идеальной производной автокорреляционной функции. Ха-
/ |
47 |
|
рактеріистику такого вида можно получить в устройстве, где при нимаемый сигнал перемножается с задержанной и опережающей своей копией (рис. 3.15), а затем результаты перемножения вычи таются и фильтруются. На выходе вычитающего устройства имеем (без флуктуациоіниого шума)
иі (A 0 = As (t -f- g Лг s (t |
T0+ g — As (t -(- tc) Ars (t — To -f- tr) = |
|||||
= Ar As (t + g |
is (t+ |
r 0+ |
g - |
S (t- |
To + g j, |
(3.30) |
причем |
|
|
|
|
|
|
lim |
+ r °) ~ |
S V ~ |
T o) |
— |
ds |
|
r - o |
2 T 0 |
|
|
dt |
|
и поэтому сигнал ошибки в функции от расстройки по времени Uom(t) после фильтра .нижних частот (интегратора) представляет собой приближение к производной авто карреляционной функции принимаемого сигнала согласно (3.29). Сигнал рассо гласования A t = i c—tr, где і й и U — за держка соответственно принимаемого и опорнаго сигналов, равен нулю при сов падении во времени принимаемого и опорного сигналов и достигает максиму ма при наибольшем временном рассогла совании, равном длительности сигнала Т0.
Рис 3.14. Автокорреля ционная функция пря моугольного видеоим
пульса (а) и характери |
|
стика дискриминатора |
|
(б) |
Рис. ЗЛ5. Следящий дискриминатор |
Изображенное на рис. 3.15 устройство называют следящим вре менным дискриминатором для периодически повторяющихся вход ных видеоимпульсов .длительностью Т0. Форма импульсов, генери руемых подстраиваемым генератором импульсов кольца (ГИ), оп ределяется формой входных импульсов сигнала. Опорные сигналы перемножителей сдвіинуты по времени на 2Т0, при этом входной сигнал, находящийся в середине этого интервала, не вызывает .сиг нала ошибки и система находится .в состоянии синхронизма.
(Аналогично выглядит структурная схема следящего дискрими натора для дискретных псевдослучайных сигналов (рис. 3.16), ге нерируемых с помощью «-разрядного регистра сдвига с обратными связями [78]. Регистр генерирует две псевдослучайные последова тельности максимального .периода ■NT0= ( 2 n— 1)Г0, сдвинутые на
48
два интервала. Автокорреляционная функция периодической М-ло- следовательности имеет треугольный главный максимум и боковые лепестки, не превышающие уровня 1/У "N (рис. 3.17а). Получаемая при этом дискриминационная характеристика ‘(рис. 3.176) являет ся результатом вычитания Uo^At) ~ R 3(At—Т0) —Rs (At +T0), где R3(x) — автокорреляционная функ
ция сигнала, слежение за мо ментом прихода 'которого выполняет данный дискриминатор. Момент на чала генерирования последователь ностей регистрам сдвига определя ется импульсным генератором, уп равляемым напряжением (ГУН).
Коррелятор
\ФЩ—
Регистр сдвигаB4 ZËH на п состояний
Р,ис. 3.16. Следящий дискри минатор для псевдослучайных сигналов
Рис. 3.17. Автокорреля ционная функция псев дослучайного сигнала (а)
ихарактеристика дис криминатора (б)
Так как результирующий сигнал имеет в своем составе спектраль ные составляющие высоких частот, обусловленные как сигналом, так и шумом, сигнал ошибки получается иа выходе фильтра ниж них частот.
'Напряжение на выходе коррелятора (так для краткости назо вем устройство, показанное пунктиром на рис. 3.16) имеет три со ставляющие: низкочастотный сигнал ошибки uom(t, х), шум ,неорто гональности и0рг(т), обусловленный перемножением сдвинутых на
•некоторый интервал сигналов, ,и флуктуациоиный шум иш(і), про шедший через коррелятор. Напряжение иі(т), определяемое выра жением і(3.30), можно представить как сумму сигнала ошибки Нош(т) и помехи а0рт(т) (в отсутствие шума). Функцию подавле
ния шума іиеортогоінальиости выполняет фильтр 'нижних частот кольца подстройки. Напряжен,ие на выходе коррелятора в общем случае
^ т) = Нош (т) ^орт (^і Ч Ч- Нш (0» |
(3.31) |
|
где иш (t) = Ахg (t) [s (/‘+ T 0-1-Z'r)—s (t—Г0+^г)] — |
флуктуационный |
шум на выходе коррелятора. Обозначив Кф и КТ— коэффициенты передачи ФНЧ и генератора, управляемого напряжением, соответ ственно, to — постоянную времени фильтра, дифференциальное
49