Синхронизация цифровых сетей

Основные понятия принципа синхронизации. Методы синхронизации

Синхронизация– это процесс установления и поддержания определенных временных соотношений между двумя и более процессами.

Типы синхронизации: поэлементная, групповая, цикловая.

Поэлементная синхронизация – обеспечивает на приеме разделение одного единичного элемента от другого и тем самым создает наилучшие условия для его регистрации.

Групповая синхронизация - обеспечивает разделение принятой последовательности на кодовые комбинации.

Цикловая синхронизация – разделение циклов временного объединения элементов на приеме.

Процесс синхронизации может обеспечиваться за счет как автономного источника (эталона времени) , так и принудительной синхронизации. В качестве автономного источника обычно используется местный (локальный ) генератор с высокой стабильностью. Принудительная синхронизация может основываться на использовании отдельного канала, по которому передаются импульсы, необходимые для подстройки местного генератора, или на информационной (рабочей) последовательности передаваемых сигналов.

Рис. 8.1 Временные диаграммы тактовых импульсов

а) передатчика б) приемника

для синхронизации в сети необходим наилучший источник синхронизации – тактовый генератор или таймер для всех узлов сети. Система или сеть синхронизации имеет определенную иерархию. В узлах сети размещают первичный таймер, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники – вторичный или ведомый эталонный генератор (ВЭГ) тактовых импульсов SRC (Secondary Reference Clock) , или вторичный таймер, реализуемый в виде в виде таймера или транзитного узла TNC (Transit Node Clock), или локального (местного) узла LNC (Local Node Clock). Первичный таймер обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы) с точностью не ниже 10^-11 …. 10 ^-14 . его калибруют вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени UTC (Universal Time Coordinated). Эти сигналы затем распространяются по наземным линиям связи для реализации того или иного метода синхронизации.

Принцип объединения и разделения цифровых потоков европейской ПЦИ показан на рис. 8.1. Очевидно, что оконечные станции должны иметь только половину показанного оборудования. При выделении низкоскоростного потока (например, со скоростью 2 Мбит/с, как показано на рис. 8.1) на промежуточной станции, последняя должна иметь все оборудование, показанное на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Схема объединения цифровых потоков европейской ПЦИ

На сети связи эксплуатируются ЦСП ПЦИ отечественного и зарубежного производства. Отечественные системы носят название ЦСП с ИКМ (цифровые системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией). Вместо уровня иерархии в обозначении системы указывается число информационных ОЦК данной системы. Так, ЦСП первого уровня иерархии обозначается ИКМ-30, второго - ИКМ-120 и т.д. В настоящее время разработан и представлен на сети полный спектр аппаратуры, реализующей европейскую ПЦИ.

Принципы синхронизации ЦСП. В плезиохронных ЦСП используется принцип ВРК, поэтому правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования (ГО) на передающей и приемной станциях. Для нормальной работы плезиохронных ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации:

· тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой F_Т;

• цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры;
• сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение сигналов управления и взаимодействия (СУВ) по соответствующим телефонным каналам. СУВ представляют собой набор сигналов, управляющих работой АТС (набор номера, ответ, отбой, разъединение и пр.)

Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП.

Система тактовой синхронизации включает в себя (Рис.8.2) задающий генератор (ЗГ), входящий в состав ГО передающего оборудования оконечной станции (Пер) и вырабатывающий импульсную последовательность тактовой частоты F_Т, и устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ), устанавливаемые в том оборудовании, где осуществляется обработка сигнала с частотой F_Т: в линейных регенераторах (ЛР) и приемном оборудовании (Пр) оконечной станции.

Рис. 8.2. Структурная схема тактовой синхронизации

Наиболее распространенным методом выделения тактовой частоты является метод пассивной фильтрации, который состоит в том, что из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры, фильтры-выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота. Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет существенный недостаток: стабильность выделения тактовой частоты зависит от стабильности параметров фильтра-выделителя и структуры цифрового сигнала (при появлении длинных серий нулей или кратковременных перерывов связи затрудняется процесс выделения тактовой частоты).

Перспективным для высокоскоростных ЦСП, но более сложным, является способ тактовой синхронизации с применением устройств автоподстройки частоты генератора тактовой частоты приемного оборудования (способ активной фильтрации).

Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла вводится цифровой синхросигнал (СС). На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи. Цикловой синхросигнал должен обладать определенными отличительными признаками, в качестве которых используется заранее определенная и неизменная структура синхросигнала (например, 0011011 в ЦСП ИКМ-30). Групповой цифровой сигнал в силу случайного характера информационных сигналов такими свойствами не обладает.

К системе цикловой синхронизации предъявляются следующие требования:

• время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным;
• приемник синхросигнала должен обладать высокой помехоустойчивостью, т.е. иметь защиту от установления ложного синхронизма и от ложного выхода из синхронизма;
• число символов синхросигнала и частота повторения должны быть минимально возможными.

Эти требования носят противоречивый характер, поэтому приходится принимать компромиссные решения.

Схемы ПСС (Рис. 8.3) обычно включают в себя блоки обнаружения СС на основе схем совпадения, счетчики обнаружения СС в данной временной позиции, счетчики-накопители по входу в синхронизм и выходу из синхронизма.

Рис. 8.3. Структурная схема приемника синхросигнала

Работа системы сверхцикловой синхронизации, как и работа системы цикловой синхронизации, основана на передаче сверхциклового синхросигнала (СЦС) в одном из циклов сверхцикла. Принцип работы приемника СЦС аналогичен работе ПСС.

Генераторное оборудование ЦСП. Все процессы обработки сигналов в ЦСП строго регламентированы по времени. Последовательность обработки сигнала в оборудовании ЦСП задается генераторным оборудованием.

ГО обеспечивает формирование и распределение всех импульсных последовательностей, управляющих процессами преобразования сигналов в ЦСП. В ГО передающей станции импульсные последовательности получают путем деления тактовой частоты высокостабильного задающего генератора ЗГ.

Обычно предусматриваются следующие режимы работы ГО: внутренней синхронизации, при котором осуществляется работа от высокостабильного автономного ЗГ (с относительной нестабильностью  10^-5..10^-6); внешнего запуска, при котором осуществляется работа внешнего ЗГ; внешней синхронизации, при котором осуществляется подстройка частоты ЗГ с помощью ФАПЧ, управляемой внешним сигналом.

Структура ГО приемной станции отличается тем, что тактовая частота подается не от ЗГ, а от ВТЧ, а установка ГО приема по циклу и сверхциклу осуществляется с помощью сигналов, поступающих от приемников синхросигналов.