Библиографическое описание:

Клусов Д. В., Кругликов С. Ю. Система синхронизации псевдослучайной последовательности для анализатора достоверности цифрового потока при быстром изменении фазы биимпульсного и биполярного сигналов [Текст] // Технические науки: традиции и инновации: материалы Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). — Челябинск: Два комсомольца, 2012. — С. 14-17.

Современные средства связи и управления имеют сложные многоэлементные каналы передачи информации [1]. В процессе производства радиоэлектронной аппаратуры данного профиля встает естественная задача проверки работоспособности и настройки, как отдельных узлов, так и системы передачи информации в целом. Поскольку большинство современных каналов цифровые, решение задачи сводится к передаче и приему тестового цифрового сигнала. Его прохождение через канал связи свидетельствует о работоспособности и качестве всех радиоэлектронных узлов.

Наиболее подходящим тестовым сигналом является псевдослучайная последовательность (ПСП) [2, 3, 4]. Она позволяет проверить цифровой тракт передачи в условиях действия трудно проверяемых неисправностей за счет четкой идентификации и хороших корреляционных свойств. Может быть измерена задержка сигнала, вероятность ошибочной передачи в условиях помех и др. На основе измерения данных параметров производится оценка таких важных характеристик каналов как чувствительность, информационная полоса пропускания, задержка сигнала и др.

Анализатор достоверности цифрового потока (АД) разработанный в секции специального приборостроения студенческого конструкторско-технологического бюро (СКТБ) кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем РГАТА, в рамках совместной работы с ОАО «Ярославский радиозавод» предназначен для измерения коэффициента ошибок по элементам в каналах передачи цифровых данных. Принцип работы этого устройства основывается на подсчете количества несовпадений элементов входной импульсной последовательности (ИП), подаваемой на вход канала передачи цифровых данных с элементами выходной ИП, подаваемой на анализатор с выхода канала.

В ходе разработки анализатора были приняты ряд оригинальных технических решений. Наиболее интересным из них является система синхронизации сигналов на входе и выходе тестируемого канала.

Анализатор достоверности имеет следующие технические характеристики:

Типы тестовых последовательностей:

- ПСП, бит (25-1)…(217-1);

Количество элементов теста, бит 103…108;

Скорость передачи, кбит/с 0,05…256;

Типы тестовых сигналов:

- биполярный (NRZ);

- биимпульсный (С1-ФЛ) ГОСТ 26532-85 (рисунок 1);

- RS – 232, RS­ – 485 ГОСТ 23675-79;

- телеграфный ГОСТ 14662-83;

Амплитуда сигналов, В 0.05…11;


Рисунок 1 – Биимпульсный тестовый сигнал


Сигнал тестовой ПСП генерируется анализатором и поступает в исследуемый канал связи. С выхода канала сигнал с определенной задержкой поступает в анализатор. В зависимости от типа сигнала, для сравнения переданной и принятой ПСП требуется индивидуальная система синхронизации. Практически для всех типов сигналов характерен «джиттер» фазы – отклонение среза импульсов от номинального значения. «Джиттер» фазы может быть небольшим, в этом случае, требуется: выделение срезов, стробирование и поиск по задержке при синхронизации опорного генератора ПСП приемника от тактового генератора передатчика. Большой «джиттер» фазы характерен для каналов с относительным кодированием информации, таким как для биимпульсного сигнала. Относительность принципиально не требует стабильности тактовой частоты, поэтому многие каналы имеют разность между тактами на входе и на выходе. Разность может изменяться медленно, тогда опорный генератор ПСП приемника следует тактировать от выделителя срезов импульсов или разность может изменяться быстро, тогда требуется изменить еще и алгоритм декодирования относительности.

Очевидно, что последний случай быстрого изменения фазы биимпульсного сигнала требует построения наиболее сложной и в то же время наиболее универсальной системы синхронизации, которая будет надежно работать и в других случаях (медленные изменения фазы, биполярный сигнал и др.).

Такая система синхронизации (СС) может быть реализована по схеме на рисунке 2. Она была создана для использования в анализаторе достоверности и могла быть реализована как на основе микроконтроллера, так и на основе программируемой интегральной логической схемы (ПЛИС). СС содержит выделитель срезов импульсов, измеритель длительности импульсов и конечный автомат декодирования. Кроме того, требуются пороговые устройства, например, цифровые компараторы, для разделения сигнала на импульсы двух длительностей: длинные и короткие. Пороговые устройства в ручном или автоматическом режиме предварительно настраиваются на принимаемый анализатором сигнал. Конечный автомат работает по принципу декодирования комбинации коротких и длинных интервалов БИ сигнала в информацию, содержащуюся в сигнале. Алгоритм работы конечного автомата следующий:


  1. Если первый короткий интервал (после длинного интервала или вообще первый при инициализации приема), ждать следующего интервала;

  2. Если интервал длинный, то передавался 0;

  3. Если 2 коротких интервала подряд, то передавалась 1;

  4. После принятия решения и в начале приема – ожидание короткого или длинного интервала;

  5. После каждого принятия решения генерировать тактовый сигнал на опорный генератор ПСП (импульс).

  6. Если происходит выход за пределы ограничений короткого или длинного интервала, система переходит в режим ожидания возобновления этих интервалов, при этом, опорный генератор приемника работает с заданной или средней текущей (возможна подстройка) тактовой частотой, что обеспечивает продолжение анализа сигнала при кратковременных и долговременных (длительность ПСП) перерывах.


При биполярном сигнале интервалы изменения знака элементов ПСП ограничены, что дает возможность декодировать временные интервалы в последовательность нулей или единиц. Однако, проблема возникает в случае ПСП с ошибками, которые могут увеличить интервалы знакопостоянства. Поэтому измеритель длительности импульсов должен работать вплоть до периода ПСП.

Второй особенностью, описанной системы синхронизации, является поведение при отсутствии сигнала. В этом случае система фиксирует один знак сигнала на протяжении длительности ПСП или изменение уровня в произвольные моменты времени. Два этих случая учтены в п. 6 алгоритма. По окончании ПСП следует перейти к процедуре поиска сигнала [5].


Рисунок 2 Проект ПЛИС системы синхронизации


Третьей особенностью, описанной системы синхронизации, является размножение ошибок при помехах типа кратковременного нарушения соединения в элементах канала связи. Но эти нарушения тоже можно распознавать по существенно большей или меньшей длительности интервала между изменениями знака.

Особенностью СС или, иначе, ее новизной является устойчивость алгоритма приема к быстрым изменениям фазы, которая достигается за счет измерения иных, нежели в известных алгоритмах [4] параметров сигнала и преобразовании их в логические элементы ПСП. Опорная ПСП приемника генерируется по мере поступления этих логических элементов так, что поиск по задержке осуществляется максимально быстро [5]. Возможны алгоритмы поиска по задержке на основе согласованных фильтров. Такие алгоритмы уменьшают время поиска, но требуют больших аппаратных (программных) затрат и мало пригодны для ПСП с большим периодом (в анализаторе достоверности это 215-1 и 217-1).


Литература:

  1. Маковеева М. Н. Системы связи с подвижными объектами [Текст] / М.Н. Маковеева, Ю.С. Шинаков, – М.: Радио и связь, 2002. – 440 с.

  2. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами [Текст] / Л. Е. Варакин, – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.

  3. Канаков В.А. Новые технологии измерения в цифровых каналах передачи информации. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Современные системы мобильной цифровой связи, проблемы помехозащищенности и защиты информации» [Текст] / В.А. Канаков, учебно-методические материалы по программе повышения квалификации «Современные системы мобильной цифровой связи,проблемы помехозащищенности и защиты информации» – Нижний Новгород, ННГУ, 2006, 91 с.

  4. Журавлев В. И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах [Текст] / В. И. Журавлев, – М.: Радио и связь, 1986. – 240 с.

  5. Беляева М. Синхронизация псевдослучайных последовательностей на практике: задача распознавания [Текст] / М. Беляева // Современная электроника. 2010. №9, с. 66 – 71.

Основные термины (генерируются автоматически): ПСП приемника, опорный генератор ПСП, система синхронизации, длинного интервала, системы синхронизации, измеритель длительности импульсов, генератор ПСП приемника, генератора ПСП приемника, биимпульсного сигнала, протяжении длительности ПСП, достоверности цифрового потока, задержка сигнала, Опорная ПСП приемника, тестовой ПСП, знака элементов ПСП, случае ПСП, Система синхронизации, длительность ПСП, логические элементы ПСП, окончании ПСП.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос