Проектирование информационных и телекоммуникационных систем Введение o

Проектирование информационных и телекоммуникационных систем

Введение: o Наиболее удачным базовым примером ИС ТКС является радиотелеметрическая система авиакосмического назначения.

Введение: o o o 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.

Общая структура РТС Передающая часть

Где: o o o Д - датчики К - коммутатор УУС – устройство управления синхронизаций ФК - формирователь кадра Мод - модулятор Прд – передатчик

Общая структура РТС Передающая часть o Эта система цифровая. Эта простая схема позволяет рассматривать сложные проблемы многоканальных систем.

Эпюры

Где: o o o o 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

Основные параметры задаются УСС: o o - частота опроса - частота переключения каналов - тактовая частота - техническая скорость передачи информации

Приемная часть

Приемная часть o o В этой структуре представлены все основные уровни синхронизации: Кадровая Словная Тактовая

Приемная часть o o 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).

Приемная часть ПК - приемный коммутатор ЛПЧ – линейная часть приемника ЕЦП – единый цифровой поток.

Приемная часть o 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.

Приемная часть К. С. – кадровая синхронизация С. С. – словная синхронизация Т. С. – тактовая синхронизация

Приемная часть o o o 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.

Приемная часть o o 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.

Классификация РТС o o o o 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.

Классификация РТС o o o 3)По виду телеметрического сигнала Для цифровых систем это кодовоимпульсная 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.

Классификация РТС o o o Уплотнение – это способ формирования ансамбля сигналов. Один из основных принципов формирования ансамбля сигнала является то, что свертка сигнала должна стремиться к нулю: сигналы противоположн ые

Классификация РТС o o Временное уплотнение и разделение каналов(сигналы ортогональны) Частотное разделение каналов Кодовая разделение каналов Комбинированное уплотнение

Классификация РТС o o o 5)Способы уплотнения можно разделить на линейные и нелинейные: Линейные – групповой сигнал, является линейной комбинацией Существуют способы нелинейного уплотнения с линейным и нелинейным разделением.

Классификация РТС o o o o 6)По виду модуляции несущей: ЧМ ФМ Многопозиционные виды модуляции 7) По точности: Высокоточные (до 1%) Средней точности (до 3%) Слаботочные

Классификация РТС o o o o По информативности: Информативность определяется как суммарная частота опроса по каналу (число измерений в секунду) Uk = Uk=n. Fonp[Гц] Малой информации Средней Высоко информационные

Информационная гибкость (Гибкая информативность) o o Из теоремы котельникова Fg=2 Fmax - 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)

Информационная гибкость (Гибкая информативность) o o ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ – СИНУСОИДЫ(ОНИ ИМЕЮТ НЕОГРАНИЧЕННЫЙ СПЕКТР) Детерминированные процессы(например синусоида) при бесконечной реализации имеют ограниченный спектр. Спектр конечной реализации измеряемого процесса является неограниченным.

Информационная гибкость (Гибкая информативность) Fg = Fопр – частота дискретизации(опроса)

Информационная гибкость (Гибкая информативность) o Eg= - относительная ошибка восстановления

Информационная гибкость (Гибкая информативность) o o Fопр≈(5÷ 10)Fmax – на практике зависит от требуемой точности восстановления На практике должен быть набор частот опроса, тогда система обладает гибкой информативностью

Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия) o o 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.

Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия) o 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)

Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия) o o o Если внутри апертуры, то избыточный отсчет , его можно выкинуть. Это был полиномиальный предсказатель Другой путь уменьшения избыточности основан на статистическом корреляционном анализе. Х=X 1 R(Tопр) – предсказанное значение является условным средним R(τ) – коэффициент корреляции, вычисленный по предыдущему отсчету.

Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия) o 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.

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.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РТС С ОПЕРТУРНЫМ УМЕНЬШЕНИЕМ ИЗБЫТОЧНОСТИ(СЖАТИЕМ). o 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

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РТС С ОПЕРТУРНЫМ УМЕНЬШЕНИЕМ ИЗБЫТОЧНОСТИ(СЖАТИЕМ). o К 1 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.

Характеристики адаптивной РТС с аппертурным методом уменьшения избыточности. o o o 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)

Характеристики адаптивной РТС с аппертурным методом уменьшения избыточности. o o 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

Характеристики адаптивной РТС с аппертурным методом уменьшения избыточности. o o 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)

Интенсивность существенных отсчетов o o o 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.

Интенсивность существенных отсчетов Задача и сводится к определению Рi. Надо определить функции распределения W(X, X 1), W(X 1) Будем полагать, что исходный измеряемый процесс имеет гауссовское распределение с дисперсией δ 2 с и нулевым средним.

Интенсивность существенных отсчетов Мы полагаем, что исходные входные сигналы относятся к гауссовским. Перед нами стоит задача определения вероятности того, что отсчет Хi будет избыточным.

Интенсивность существенных отсчетов o Если исходный процесс имеет нормальное распределение, то распределение величин Хi будет тоже нормальным W(X/X 1) = * exp - - условное распределение случайного отсчета Х R(Tопр) – условное среднее δ 2 =δ 2 с[1 -R 2(Топр)] – дисперсия Распределение величины X 1 – гауссовское W(X 1) = Т. о. вероятность того, что в i-ой апертуре отсчет будет избыточным(отсчет Xi пойдет в i-ю апертуру. Pi =

Интенсивность существенных отсчетов

Интенсивность существенных отсчетов o Сжатие имеет смысл только тогда, когда Топр завышено. Вопрос в том, насколько нужно ее зависеть

Интенсивность существенных отсчетов o o o 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.

Интенсивность существенных отсчетов o 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.

Интенсивность существенных отсчетов o 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.

Интенсивность существенных отсчетов

Интенсивность существенных отсчетов

Интенсивность существенных отсчетов o o o o Можно использовать выражение для односвязного Марковского процесса, в котором каждое Рj= Последующее состояние зависит только от предыдущего. Используя эти выражения и условие нормированности: Ро+Р 1+…+Pn=1, можно записать систему линейных уравнений: Ро =(Ро+Р 1)е-λТо * * PN = которая решается рекуррентно, т. е. выражением с вероятностью с большими номерами через выражение с вероятностью с меньшим номером.

Интенсивность существенных отсчетов o q=λTo – коэффициент загрузки БЗУ

Вероятность переполнения буфера Ро = Рхх ρ = λТо – коэффициент загрузки

Вероятность переполнения буфера o o o o 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: m. To – интервал времени. Рпотр = lim m ώ Рпотр = 1 -

Кривые 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)

Кривые вероятности потери: Рассматриваем интервал (KTo, (K+1)To); KTo=

Кривые 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 к. То

Вероятность переполнения буфера

Вероятность переполнения буфера o Полагаем, что процесс у нас гаусовский с дисперсией δ 2 с. Процесс дифференцируемый и в пределах апертуры можно аппроксимировать его прямой с наклоном θ, где θ – производная нашего случайного(гаусовского ) измеряемого процесса.

Вероятность переполнения буфера

Вероятность переполнения буфера o o o o И учитывается такой факт, что ошибка обусловленная потерей существует относительное время равное 2 Рпот. 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)

Вероятность переполнения буфера o o o 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)

Система сбора информации Коммутаторы (мультиплексоры) Общие характеристики o Коммутаторы делятся на: Передающие o Приемные o

Система сбора информации Коммутаторы (мультиплексоры) Общие характеристики o 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 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

Система сбора информации Коммутаторы (мультиплексоры) Общие характеристики o o o Коммутаторы бывают: Контактные Без контактные К без контактным следует отнести электронный коммутатор, Приемный который строится по следующей схеме: электронный коммутатор Распределитель – устройство с n устойчивыми состояниями. Распределитель широко используется в устройствах кодирования и декодирования

Система сбора информации Коммутаторы (мультиплексоры) Общие характеристики o Прямоугольный электронный коммутатор

Система сбора информации Коммутаторы (мультиплексоры) Контактные коммутаторы o В качестве ключа используется геркон высокое быстродействие( до 20 к. Гц) 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 к. Гц, информативность 320 к. Гц. Остальные основные черты те же. Каждая новая система сбора должна была понимать старую систему сбора, потому до сих пор сохранились основные черты.

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ 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.

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации o 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

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации o 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.

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации o o o 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

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации o 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.

Распределение частот опроса при помощи древовидного графа. Определение: Степенью вершины будем называть число лучей, исходящих из предыдущей вершины. Степень вершин Б 1 – Б 4 равна 4, т. к. из А исходит 4 луча. Соответственно вершины В 1 – В 3 имеют степень 3, т. к. из Б 1 выходит 3 луча, В 4 –В 5 имеют степень 2.

Распределение частот опроса при помощи древовидного графа. o o 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.

Адаптивные 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.

Адаптивные коммутаторы. Принцип адаптивной дискретизации. o 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.

Адаптивные коммутаторы. Принцип адаптивной дискретизации. o В многоканальной системе несколько анализаторов активности и диспетчер, который принимает решения о принятии какого – либо канала Главной задачей является выбор диспетчера

Адаптивный 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

Адаптивный 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

Адаптивный коммутатор 1(адаптивный коммутатор с временным приоритетом) o В данной схеме происходит сжатие с потерями. Здесь нет БЗУ. Согласование с радиолинией осуществляет сам адаптивный коммутатор. o o o 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.

Адаптивные коммутаторы ФФП – формирователи функции приоритета УВК с max приоритетом - устройство выбора канала с мах приоритетом

Адаптивные коммутаторы o o 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)

Адаптивные коммутаторы Уменьшается избыточность малоинформационного параметра S 2 через интервал То производится проверка фронта. ω1 i≈2πf 1 i

Адаптивные коммутаторы

СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ Задачи системы синхронизации. o o 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.

СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ Задачи системы синхронизации. 1. 2. 3. 4. o o o 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.

СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ Задачи системы синхронизации. o o 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.

СИНХРОНИЗАЦИЯ РТС с ВИМ Передающая часть o ВИМ – временно – импульсная модуляция. УС – устройство сравнения ГПн – генератор пилообразного напряжения.

СИНХРОНИЗАЦИЯ РТС с ВИМ Передающая часть

СИНХРОНИЗАЦИЯ РТС с ВИМ Передающая часть o o o 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.

Приемная часть системы o o 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

Приемная часть системы

Приемная 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: n. Fo=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.

Приемная часть системы o 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)

Приемная часть системы o o o 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.

Система синхронизации цифровой РТС Передающая часть С. С. – сигнал синхронизации слов

Система синхронизации цифровой РТС Передающая часть Это формирует УСС – устройство управление синхронизацией. Рассматриваем равномерный циклический опрос система последовательная

Система синхронизации цифровой РТС Приемная часть I – аппаратная часть II – программная реализация

Система синхронизации цифровой РТС Приемная часть o 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.

Система синхронизации цифровой РТС Приемная часть o Блок тактовой синхронизации.

Система 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.

Система синхронизации цифровой РТС Приемная часть o o Расщеплять фазу надо в передатчике. В этом случае такой ошибки нет.

Система синхронизации цифровой РТС Приемная часть o 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.

Блок тактовой синхронизации слов. Можно выделить 2 способа: 1. Послед. Анализа 2. Параллельного анализа n – объем анализа(количество прошедших слов)

Блок тактовой синхронизации слов. o 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).

Блок тактовой синхронизации слов. Решающее устройство содержит: - обнаружитель единиц, - счетчик на заданном интервале, - схему критерия решения.

Блок тактовой синхронизации слов. o 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: N o o o Рош=(m-1)[0. 5 – Ф()] 10 16 25 30 Рош 3*10 -2 3*10 -4 3*10 -6 3*10 -7 Робн =0, 99 – вероятность обнаружения единиц, Рнеобн =0, 01 – вероятность обнаружения нулей При m=10 (длина слова): Робн ≥ 0, 99, Рнеобн ≤ 0, 01

Блок кадровой синхронизации. Образец кадровой синхрогруппы дает возможность формировать кадровую синхронизацию в приемном устройстве. Главная задача: какой код выбрать для обозначения начала кадра.

Блок кадровой синхронизации. o Устройство Кадровой Синхронизации: m – дискретная длина кадровой кодовой комбинации Т – длительно КСГ

Блок кадровой синхронизации. o o 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)

Блок кадровой синхронизации. o o 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.

Блок кадровой синхронизации. АВТОКОРРЕЛЯЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ Код Баркера 110 1110001010 Достоинства: - достаточно маленькие - хорошие корреляционные свойства

Блок кадровой синхронизации. 2. Проблема выбора порога. o o o 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:

Блок кадровой синхронизации. o o o 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.

ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ o 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.

ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ o o o 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, А 1(t) = -А 2(t) - не удается получить ансамбль сигналов.

ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ o o 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. А 1(t)/А 2(t) Рош А 1(t)/АL(t) Рош

ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ o o o ВЕРОЯТНОСТЬ ПЕРИМЕНОВАНИЯ А 1 в А 2 или АL Поэтому на практике часто используется система неравноудаленных сигналов (защита старших разрядов) А 1(t)/А 2(t) Рош1 А 1(t)/АL(t) Рош2<< Рош1

ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ o o 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.