Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Системы цикловой синхронизации в цифроых сетях связи общего пользования 12
1.1. Постановка задачи 12
1.2. Роль системы цикловой синхронизации в первичной сети связи общего пользования 13
1.3. Влияние системы цикловой синхронизации на параметры цифровых каналов и трактов 16
1.4. Способы построения систем цикловой синхронизации 25
1.5. Особенности аппаратного построения систем цикловой синхронизации 28
1.6. Выбор критериев эффективности функционирования систем цикловой синхронизации 38
1.7. Выводы и постановка задач исследований 40
Глава 2. Аналитическое моделирование систем цикловой синхронизации с параллельным поиском 43
2.1. Постановка задачи 43
2.2. Обобщенный граф состояний системы цикловой синхронизации с параллельным поиском синхросигнала 46
2.3. Анализ математических моделей подсистем поиска циклового синхронизма 50
2.4. Характеристики и структура предлагаемой системы цикловой синхронизации 63
2.5. Анализ результатов математического моделирования систем цикловой синхронизации 68
2.6. Основные результаты и выводы 71
Глава 3. Имитационное моделирование систем цикловой синхронизации с параллельным поиском 73
3.1. Постановка задачи 73
3.2 Алгоритмы моделирования группового цифрового сигнала и воздействия помех на цикл передачи 78
3.3. Имитационная модель системы цикловой синхронизации с параллельным поиском 88
3.4. Анализ результатов имитационного моделирования системы цикловой синхронизации 92
3.5. Основные результаты и выводы 96
Глава 4. Методика параметрического синтеза системы цикловой синхронизации с параллельным поиском 98
4.1. Постановка задачи 98
4.2. Алгоритм решения задачи параметрической оптимизации системы цикловой синхронизации 100
4.3. Методика нахождения внутренних параметров системы 103
4.4. Оценка помехоустойчивости систем цикловой синхронизации по статистическим данным группирования ошибок 108
4.5. Оценка влияния функционирования системы цикловой синхронизации на параметры цифрового канала 113
4.6. Примеры систем цикловой синхронизации, созданных с использованием разработанной методики 116
4.6. Основные результаты и выводы 122
Заключение 124
Литература
- Роль системы цикловой синхронизации в первичной сети связи общего пользования
- Обобщенный граф состояний системы цикловой синхронизации с параллельным поиском синхросигнала
- Имитационная модель системы цикловой синхронизации с параллельным поиском
- Оценка помехоустойчивости систем цикловой синхронизации по статистическим данным группирования ошибок
Введение к работе
В современном мире все возрастающую роль играют цифровые системы передачи (ЦСП) [69, 79], использующие в зависимости от решаемых задач разнообразные линии, передачи: волоконно-оптические, радиорелейные, тропосферные, спутниковые, симметричный и коаксиальный фидеры и др.
В первичных сетях связи общего пользования Единой сети электросвязи Российской Федерации интенсивно развиваются ЦСП на основе синхронной цифровой иерархии, использующие в качестве основной среды распространения сигнала оптические волокна и создаваемые на их основе волоконно-оптические кабели [10, 47]. Такие системы характеризуются очень низкой вероятностью ошибки (10"94-10"n). С другой стороны все большее развитие получают также выделенные, технологические и особенно сети связи специального назначения, где используются, как правило, ЦСП плезиохронной иерархии, работающие по цифровым трактам, характеризующимся высокой ве-роятностью ошибки (Рош 10"), пакетированием ошибок, фазовыми дрожаниями, задержками, проскальзываниями и т.д [11, 23].
Важным элементом ЦСП, определяющим во многом помехоустойчивость связи и качество цифровых каналов, предоставляемых пользователям, является система цикловой синхронизации (СЦС). В настоящее время большинство СЦС, находящихся в эксплуатации, построены по принципу скользящего по І иска синхросигнала с адаптацией к помеховой обстановке [16, 41]. Однако в условиях интенсивных помех они имеют невысокие показатели по быстродействию и помехоустойчивости [24, 73, 74]. Более перспективными в этом смысле являются СЦС с параллельным поиском, но известные технические решения [2, 25-27, 54, 55] таких систем уже не удовлетворяют современным и перспективным требованиям к их помехоустойчивости [61, 62]. Поэтому задача проектирования СЦС, обеспечивающих функционирование в условиях интенсивных нестационарных помех, является актуальной. Одним из ключевых вопросов при этом является разработка математических моделей СЦС и созда ниє на их основе методики синтеза и параметрической оптимизации систем для заданных условий эксплуатации.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности СЦС с параллельным поиском синхросигнала в условиях интенсивных помех.
Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать аналитические математические модели подсистем поиска и удержания синхросигнала, ориентированные на обеспечение высокой помехоустойчивости.
2. Разработать имитационную математическую модель СЦС с параллельным поиском синхросигнала с возможностью моделирования сложной помеховой обстановки, приводящей к проскальзываниям цифрового сигнала; высокой вероятности и пакетированию ошибок.
3. На основе аналитической и имитационной моделей разработать методику определения внутренних параметров для синтеза СЦС по заданным критериям помехоустойчивости и быстродействия.
Для достижения цели исследований применялись следующие методы исследований: теории вероятностей, теории случайных процессов, теории марковских цепей, математического моделирования, статистических испытаний и комбинаторной оптимизации.
Научная новизна результатов
1. На базе математического аппарата теории марковских цепей разработана новая аналитическая математическая модель подсистемы удержания СЦС с параллельным поиском синхросигнала, позволяющая по сравнению с известными моделями повысить точность расчета функции распределения вероятностей времени удержания синхронизма и увеличить среднее время удержания синхронизма в условиях интенсивных помех.
2. Для аналитической модели подсистемы поиска СЦС предложен новый принцип учета весов откликов опознавателя синхросигнала, что позволило уменьшить вероятность обнаружения ложного синхросигнала, особенно при высокой вероятности и пакетировании ошибок.
3. На основе аналитических моделей подсистем поиска и удержания синхросигнала впервые получены зависимости, связывающие функциональные показатели СЦС (вероятность ложного обнаружения, время установления и удержания циклового синхросигнала) с ее внутренними параметрами (пороги обнаружения и потери синхросигнала, веса отклика на синхросигнал, допустимое число искаженных синхросимволов).
4. Разработана новая имитационная математическая модель СЦС с параллельным поиском синхросигнала, позволяющая находить характеристики восстановления и удержания синхронизма, а также внутренние параметры, системы в условиях изменяющейся динамической помеховой обстановки с учетом структуры синхрогрупп, их размещения в цикле и различных законов группирования ошибок. Имитационная модель может быть использована также для оценки адекватности аналитических моделей СЦС.
Практическая ценность результатов работы
1. В рамках имитационной модели разработано алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющее посредством статистического моделирования найти основные показатели СЦС с параллельным поиском в режимах как истинных, так и ложных сбоев синхронизма с учетом пакетирования ошибок, а также проскальзывания сигнала в цифровом линейном тракте.
2. Разработана методика, позволяющая проектировать новые помехоустойчивые СЦС с параллельным поиском синхросигнала, предназначенные для функционирования в условиях сложного комплекса помех, приводящего в высокой вероятности и пакетированию ошибок, а также проскальзыванию сигнала в цифровом линейном тракте.
3. С использованием методики разработаны новые запатентованные устройства цикловой синхронизации и временного группообразования, имеющие по сравнению с известными аналогами меньшее время восстановления синхронизма и обеспечивающие минимизацию потерь информации в условиях сбоя циклового синхронизма за счет адаптации внутренних параметров к изменению качества канала связи.
Реализация результатов. Разработанные модели и методика, реализованные в форме алгоритмического и программного обеспечения внедрены в деятельность 29-го Испытательного полигона МО РФ (г. Ульяновск) и ФГУП НПО «Марс» (г. Ульяновск).
Полученные результаты и разработанное программное обеспечение применяются также в учебном процессе Ульяновского высшего военного инженерного училища связи при изучении дисциплины «Цифровые системы передачи» для специальности «Эксплуатация систем, средств и комплексов электросвязи».
Полученные результаты не противоречат известным взглядам на вопросы синтеза и оптимизации СЦС; их достоверность обеспечивается применением хорошо апробированного математического аппарата, полнотой учета влияющих факторов, высокой степенью детализации математических моделей процесса цикловой синхронизации.
На защиту выносится:
1. Аналитическая математическая модель подсистемы удержания СЦС с параллельным поиском синхросигнала, дающая по сравнению с известными моделями возможность увеличить среднее время удержания синхронизма в условиях интенсивных помех.
2. Новый принцип учета весов откликов опознавателя синхросигнала подсистемы поиска СЦС, обеспечивающий уменьшение вероятности обнаружения ложного синхросигнала при высокой вероятности и пакетировании ошибок.
3. Имитационная математическая модель СЦС с параллельным поиском, позволяющая находить характеристики восстановления и удержания синхронизма, а также внутренние параметры системы в условиях изменяющейся динамической помеховой обстановки.
4. Методика параметрического синтеза помехоустойчивых СЦС с параллельным поиском синхросигнала, предназначенных для функционирования в условиях сложного комплекса помех, приводящего в высокой вероятности и пакетированию ошибок, а также проскальзыванию сигнала в цифровом линейном тракте.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» (Ульяновск, 2006), на XII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2006), на Научной сессии, посвященной дню радио (Москва, 2006), на Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники: Радиотехнические системы», (Красноярск, 2006), на международной «Конференции по логике, информатике, науковедению» (Ульяновск: 2007), на научно-практической конференции (с участием стран СНГ) «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем» (Ульяновск, 2007), на XIV воєнно научной-технической конференции 29 испытательного полигона МО РФ (Ульяновск, 2007), на научно-технических конференциях Ульяновского высшего военного инженерного училища связи (2006, 2007).
Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликованы 20 работ, в том числе 7 статей, две из которых в изданиях из перечня ВАК, и 8 работ в трудах и материалах международных и всероссийских конференций, 2 патента на изобретение, всего 8,4 печатных листа. Некоторые результаты работы отражены в учебном пособии.
Структура и объем работы. Основное содержание диссертационной работы изложено на 133 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 4 таблицы и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 85 наименований и двух приложений
В первой главе рассмотрено влияние СЦС на параметры цифровых каналов и трактов цифровых систем передачи. Проанализированы модели сбоев цикловой синхронизации, основные требования к СЦС и способы их построения. Выбраны показатели качества функционирования в условиях интенсивных помех. Сформулированы цель и задачи исследований.
Во второй главе проанализированы известные методы и модели аналитического математического моделирования СЦС с параллельным поиском. Для модели подсистемы поиска предложен и реализован новый принцип формирования весов отклика опознавателя циклового синхросигнала. Разработана новая аналитическая модель подсистемы удержания. Получены зависимости, связывающие функциональные показатели с внутренними параметрами СЦС.
В третьей главе с использованием полученной обобщенной структурной схемы и предложенных моделей цикла передачи, воздействий на цикл передачи, приема и обработки сигналов синхронизации разработана и исследована имитационная модель СЦС.
В четвертой главе разработана методика нахождения внутренних параметров помехоустойчивых СЦС с параллельным поиском, приведены примеры систем, синтезированных с помощью методики, проведен сравнительный анализ синтезированной и известных СЦС.
В заключении изложены основные выводы по результатам диссертационной работы и определены направления дальнейших исследований.
В приложениях приведены описание основных модулей имитационной модели и акты внедрения результатов диссертационной работы.
Роль системы цикловой синхронизации в первичной сети связи общего пользования
Анализ влияния элементов ЦСП на качество ЦК показывает, что существенную роль играет СЦС. Сбои цикловой синхронизации приводят к искажению передаваемой информации, которое невозможно скомпенсировать обычно используемыми способами - увеличением уровня передаваемого сигнала или снижением скорости передачи. Основными причинами сбоев цикловой синхронизации являются искажения символов передаваемого цифрового сигнала, кратковременные пропадания и нестабильность времени прохождения сигнала в цифровом линейном тракте. Кроме того, в многоступенчатых ЦСП причиной сбоя цикловой синхронизации в нижней ступени могут быть сбои цикловой синхронизации в верхней ступени [39].
Под сбоем состояния І циклового синхронизма понимается ситуация "неопознания" синхросигнала на отведенной позиции в цикле передачи и, как следствие, включение в работу подсистем удержания и поиска синхросигнала. В зависимости от причин, вызывающих сбой состояния синхронизма, различают истинный и ложный сбои [39]. Истинный сбой синхронизма — это сдвиг фазы группового цифрового сигнала относительно фазы основного генератора, следствием которого является невозможность "опознания" синхросигнала (даже неискаженного) на отведенных позициях цикла передачи. Физическая сущность истинных сбоев цикловой синхронизации заключается в несовпадении момента поступления определенного символа входящего цифрового сигнала с моментом его обработки в устройствах разделения или коммутации. При этом момент анализа наличия синхрогруппы на соответствующих позициях входящего цифрового сигнала, определяемый сигналом от местного генераторного оборудования, и реальное время появления синхрогруппы будет не совпадать. Поэтому СЦС должна начать поиск нового синфазного состояния с целью корректировки генераторного оборудования.
Для разработки эффективных способов повышения быстродействия СЦС необходимо определить факторы, влияющие на истинный сбой циклового синхронизма. Основными источниками таких сбоев являются [61]: - проскальзывания в цифровом сигнале за счет несинхронной работы се тевых устройств; - проскальзывания, вызванные неправильным декодированием команд согласования скоростей в ЦСП с плезиохронной иерархией; - проскальзывания в устройствах формирования тактовой частоты при перерывах связи; - изменения времени прохождения цифрового сигнала.
Проскальзывания цифрового сигнала - это изменение числа принятых тактовых интервалов относительно числа переданных, приводящее к потере информации из-за выпадений (положительное проскальзывание) или вставок (отрицательное проскальзывание) символов цифрового сигнала. Проскальзывания вызывают истинные сбои цикловой синхронизации как в ЦСП с плезиохронной, так и синхронной иерархиями. В первом случае за счет ошибочного декодирования команд согласования скоростей, во втором - за счет опустошения или переполнения «эластичной» памяти, включенной на входе каждой цифровой линии, входящей в автоматический коммутационный центр. Кроме того, в плезиохронных ЦСП, использующих согласование скоростей, проскальзывания возможны из-за ложных команд согласования скоростей. В многоступенчатых ЦСП, использующих синхронное объединение цифровых потоков, таких причин нет, т.к. отсутствуют сами команды согласования скоростей. В цифровых сетях связи независимо от принятого способа тактовой синхронизации истинный сбой циклового синхронизма произойдет, если моменты формирования импульсов на смежных узлах связи будут сдвинуты во времени на величину, превышающую половину длительности тактового интервала.
Точность тактовой синхронизации в цифровой сети связи определяется как допустимый интервал изменения частоты принятого цифрового сигнала. Эти изменения обусловлены медленными изменениями времени прохождения цифрового сигнала и его фазовыми дрожаниями, а также нестабильностью частот задающих генераторов. В плезиохронной цифровой сети проскальзывания могут возникнуть из-за расхождения частот автоматического коммутационного центра и принимаемого цифрового сигнала (частота местного генератора независима от частоты принимаемого цифрового сигнала), а объем памяти буферного запоминающего устройства, включаемого в цифро вую линию для выравнивания циклов, может оказаться недостаточным для компенсации нестабильности частот задающих генераторов, фазовых дрожа ний и непостоянства времени прохождения цифрового сигнала. Увеличение числа ячеек запоминающего устройства уменьшает вероятность проскальзы ваний, но ведет к увеличению среднего времени прохождения цифрового сигнала в канале. Проскальзывания в цифровом сигнале могут возникнуть также из-за перескоков фазы в тракте формирования колебаний тактовой частоты ЦСП. Это связано с тем, что при перерывах в цифровом сигнале фаза колебания тактовой частоты на выходе выделителя определяется для замкнутых систем тактовой синхронизации шумом и нестабильностью частоты подстраиваемого генератора, а для разомкнутых систем тактовой синхронизации - расстройкой колебательного, контура. Если к моменту прекращения перерыва фазовая ошибка превысит, установленное граничное значение, то произойдет переход стробирующего импульса в соседний тактовый интервал принимаемого цифрового сигнала. .
Время прохождения цифрового сигнала определяется скоростью его распространения в среде передачи, а также задержками в регенераторах, устройствах сопряжения каналов, трактов и других элементов ЦСП. Непостоянство времени прохождения сигнала обуславливается множеством причин. Так для кабельных электрических и волоконно-оптических линий основной причиной является температура окружающей среды. В оптоволоконных системах имеют место нелинейные эффекты, интерференционные искажения и дисперсия, которые могут, приводить к уширению импульсов и замедлению скорости распространения оптического сигнала, переносящего импульсную последовательность. Обычно в таких линиях изменения времени небольшие, происходят медленно и поэтому редко являются причиной временных сдвигов сигнала и истинных сбоев циклового синхронизма [11].
Обобщенный граф состояний системы цикловой синхронизации с параллельным поиском синхросигнала
Как уже отмечалось, аналитическую модель СЦС с параллельным поиском удобно строить на основе анализа обобщенных графов ее состояний [9]. Динамику функционирования СЦС можно характеризовать четырьмя укрупненными состояниями (рис. 2.1) [9, 48]: Е,- состояние синхронизма; Е2 - проверка по выходу из циклового синхронизма; Е3 - поиск положения синхронизма; E4 - проверки по входу в синхронизм.
Однако укрупненные состояния не позволяет в полной мере отразить алгоритм функционирования, подсистем поиска и удержания моделируемой СЦС. Целесообразно дополнить граф еще следующими состояниями: Е2н - проверка по выходу из циклового синхронизма при истинном сбое системы цикловой синхронизации; Е2л - проверки по выходу из циклового синхронизма при ложном сбое системы цикловой синхронизации; Е4и - проверка по входу в истинный синхронизм на / -м тактовом интервале цикла; Е4л - проверка по входу в ложный синхронизм на / -м тактовом интервале цикла; Е5ц- коррекция фазы цикловой частоты генераторного оборудования при истинном сбое СЦС; Е5л- коррекции фазы цикловой частоты генераторного оборудования при ложном сбое СЦС; Еб - состояние ложного синхронизма.
С учетом этого графы состояний подсистем поиска и удержания приве дены соответственно на рис. 2.2 и рис. 2.3.
Среднее время восстановления синхронизма LD=tJT4 определяется как время от момента появления истинного сбоя синхронизма и включения подсистем удержания и поиска до момента перехода СЦС в состояние истинного синхронизма, т.е. установления новых правильных фазовых соотношений. Состояние истинного синхронизма достигается при выполнении подсистемой удержания переходов Е2и—»Е5„— Е при условии, что подсистема поиска выполнила переходы Е3 -»Е41—»Е5н—»Е, (для любого / = 1,JV).
При известной функции распределения вероятностей FBbIX(Z) времени обнаружения выхода из синхронизма среднее время перехода Е2п—»Е5„— Е, можно найти как среднее время удержания синхронизма: Ly=ty/Tu, а среднее время переходов E3 - E4lI—»E5lI—»Ej при известной функции распределения времени обнаружения синхросигнала - по формуле Loc=toc/Гц. Тогда среднее время восстановления LB состояния синхронизма СЦС после истинного сбоя системы можно найти по аналогии с [42]:
Помехоустойчивость СЦС характеризуется временем удержания синхронизма между двумя ложными сбоями. Ложная коррекция фазы генераторного оборудования происходит в случае длительного искажения синхросигнала при одновременном обнаружении подсистемой поиска ложного синхронизма. Поэтому среднее время Ly удержания синхронизма целесообразно
рассматривать и нормировать только применительно к ситуации удержания СЦС прежнего синхронного состояния после ложного сбоя. Поэтому Ly определяется временем от момента начала ложного сбоя и включения подсистем удержания и поиска до момента перехода СЦС в состояние ложного синхронизма (одновременное обнаружение подсистемой удержания выхода из синхронизма, фиксации ложного синхросигнала в подсистеме поиска и ложная коррекция фазы основного генератора). Необходимым условием достижения состояния ложного синхронизма моделируемой СЦС является выполнение (с вероятностью Рвых) в подсистеме удержания переходов
Е,—»Е2л—»Е5л при условии, что для любого i = \,N подсистема поиска выполнила переходы Е1- Е - Е 4л- Е5л (с вероятностью Рлсср). Тогда полная вероятность этого события будет равна Рлс ср Рвых. Если считать, что при каждом выполнении рассматриваемого события корректируется фаза генератора, среднее условное время удержания синхронизма составит [58]
Таким образом, на основе анализа возможных состояний СЦС с параллельным поиском построены обобщенные графы состояний подсистем поиска и удержания синхронизма и получены выражения для нахождения средних значений показателей быстродействия и помехоустойчивости СЦС.
В п. 1.5 рассмотрены структура и алгоритмы функционирования известных [2, 54, 55] подсистем параллельного поиска циклового синхронизма, осуществляющих обработку и накопление откликов опознавателя циклового синхросигнала. От алгоритма обработки существенно зависят время обнаружения синхросигнала и вероятность обнаружения ложного синхросигнала. Для нахождения этих характеристик известных подсистем поиска [2, 54, 55] было произведено математическое моделирование [35].
Поскольку подсистема параллельного поиска СЦС может изменять свои состояния только в дискретные моменты времени, а множество состояний; в которых она может находиться, конечно, то процесс функционирования подсистемы является случайным процессом с дискретными состояниями и дискретным временем. Поэтому для моделирования подсистем поиска использовался математический аппарат цепей Маркова [35], а для построения матриц переходных вероятностей - вероятностно-временные графы.
Отметим, что последовательность оценок состояний подсистем СЦС является последовательностью без последействия и может представлять собой либо простою марковскую последовательность (при непрерывном многообразии возможных значений весовых коэффициентов w) [17], либо, если значения весовых коэффициентов дискретны, - марковскую цепь.
Имитационная модель системы цикловой синхронизации с параллельным поиском
Исследование функционирования и определение основных характеристик СЦС с использованием метода имитационного моделирования на ЭВМ производилось ранее в работах [55, 58], где при разработке моделей использовался блочный способ представления систем, т.е. разбиение СЦС на подсистемы (блоки) и формирование общей модели СЦС из моделей ее отдельных элементов с учетом их взаимодействия. При формализованном описании моделируемых систем процесс функционирования разделялся на характерные этапы, отражающие только один из показателей оригинала: помехоустойчивость или быстродействие. Для получения численных оценок каждого показателя СЦС разрабатывалась конкретная частная модель. Основными модулями имитационной модели СЦС являлись модуль формирования цикла передачи; модуль имитации искажения синхросигнала и сбоя состояния синхронизма СЦС; модуль анализ кодовых комбинаций на соответствие длине и структуре синхросигнала; модули подсистем поиска и удержания синхронизма; модуль обработки результатов. Преимуществом такого спо-соба построения имитационной модели СЦС является то, что допускается возможность замены, добавления или исключения некоторых модулей без существенного изменения всей модели.
Вместе с тем подробный анализ имитационных моделей СЦС с параллельным поиском синхросигнала показал, что в работе [55] производилось имитационное моделирование только подсистемы поиска, описанной в работе [38]. При этом подсистема удержания в моделируемой СЦС не вводилась, а помехоустойчивость оценивалась вероятностью обнаружения ложного синхросигнала. В результате моделирования в работе [55] был сделан вывод о достаточно высоком быстродействии, но низкой помехоустойчивости СЦС с параллельным поиском к вероятности ошибки в тракте передачи по сравнению с неадаптив-ной и адаптивной СЦС.
Отметим, что в работе [58] в имитационной модели СЦС с параллельным по-иском процесс функционирования подсистем поиска и удержания не соответству і ет процессу функционирования аналогичных устройств в предлагаемой СЦС. Это связано с тем, что в подсистеме поиска исследуемой СЦС по сравнению с подсистемой поиска, предложенной в [58], изменен принцип формирования отклика опо-знавателя циклового синхросигнала, а в подсистеме удержания изменен принцип определения сбоя циклового синхронизма. Кроме того, при моделировании воздействия помех на цикл передачи цифровой системы не учитывается группирование ошибок, влияние которых особенно чувствительно на процессы поддержания и восстановления цикловой синхронизации.
Таким образом, для исследования функционирования СЦС с параллельным поиском необходимо построение имитационной модели с учетом отмеченных ранее достоинств и недостатков известных имитационных моделей СЦС [68, 69]. Поэтому, при создании имитационной модели учитывались следующие факторы: - способ построения цикла передачи, включающего символы синхросигнала, информационные и служебные символы цикла; - принцип передачи синхросигнала (сосредоточенный или рассредоточенный) и его структура; ! - результат воздействия помех на символы цикла передачи, включая группирование ошибок, для имитации ложного сбоя синхронизма на приемной стороне; - механизм воздействия проскальзывания на периодичность формирования цикла передачи для имитации истинного сбоя синхронизма на приемной стороне; - алгоритм работы моделируемой подсистемы в режиме поиска и контроля состояния синхронизма; - алгоритм работы моделируемой подсистемы удержания в режиме поиска и контроля состояния синхронизма; - механизм взаимодействия подсистем поиска и удержания в различных режимах функционирования моделируемого приемника синхросигнала. Блок-схема алгоритма функционирования имитационной модели исследуемой СЦС с параллельным поиском представлена на рис. 3.1.
Исходными данными имитационной модели являются: длина цикла передачи N, длина синхросигнала т и его структура {т}, весовой коэффициент отклика на синхросигнал w, порог обнаружения синхросигнала — dnc, порог определения і сбоя синхронизма - dm, допустимое число искаженных синхросимволов клт, квазипериод внесения ошибок Тп = 1/Р0Ш (Рош - вероятность одиночной ошибки), вероятность проскальзывания - Р„р, максимальная величина пакета ошибок пош тах, вероятность ошибки в пакете ошибок - Рп ош, число испытаний в одном эксперименте - N1.
Оценка помехоустойчивости систем цикловой синхронизации по статистическим данным группирования ошибок
При аналитическом моделировании СЦС использовалась модель с независимыми (негруппированными) ошибками, которые описываются биноминальным законом распределения с вероятностью ошибки одиночного символа Рош . Однако для цифровых линейных трактов различной физической природы характерно группирование ошибок. В этом случае оценка помехоустойчивости СЦС по средней вероятности ошибки оказывается недостаточной. Учитывая сказанное, для оценки помехоустойчивости с учетом влияния группирования ошибок, возникающих в цифровом тракте, предлагается использовать следующий подход. Оценка среднего времени удержания циклового синхронизма Ly СЦС производится по статистическим данным группирования ошибок в линейном тракте. Для определения Ly необходимо знать вероятность ложного выхода Рлвых СЦС из состояния синхронизма при воздействии на групповой сигнал пачек ошибок с различными градациями длин и вероятностей ошибок внутри пачки. Статистические данные о группировании ошибок можно представить в виде табл. 4.1, где используются следующие обозначения: Рош - средняя вероятность ошибочного приема символов за период наблюдения; Рош п - средняя вероятность ошибки внутри пакета; v, - среднее количество пакетов ошибок за час наблюдения; тп I,J - средняя длительность таких пакетов; Н, - процент времени (в часах) от общего периода наблюдения, в котором имеются пачки с параметрами v, yj, TniJ-}; R - количество градаций вероятностей ошибок внутри пакета, i = l,R; S - количество градаций процентов часов от общего периода наблюдения, J = 1,S. аналитической модели и получение в качестве результата функции распределения вероятностей FBblx (к) времени выхода из синхронизма при воздействии пачки ошибок. С целью экономии времени расчеты FBbIX(A:) целесообразно проводить при длине циклов наблюдения, равной средней длительности тп/ 5 пачки ошибок максимальной длины, последовательно изменяя при каждом расчете величину Рошп. Расчет FBbIX(Ar) при фиксированной Рошп дает возможность определить Рлв1_, для всехтп;7 т„,5 при j = l,S. Значения PJIB1J со ответствуют значениям функции вых(к) в моменты времени Тп/у (i = l,R,j = l,S) (см., рис. 4.3). Найденные таким образом при различных Рошпі в R экспериментах все значения Рлв1і], i = l,R,j = l,S, на основе правил
сложения и умножения вероятностей (частостей) событий могут использоваться в процессе расчета величины Ху.
Таким образом, методика оценки ty по статистическим данным группирования ошибок предполагает следующую последовательность операций.
1. Выбор из имеющейся базы данных таблицы статистических данных группирования ошибок.
2. С использованием аналитической модели СЦС в режиме контроля циклового синхросигнала, проводится R расчетов FBbIX(&). При каждом і-м (i = \,R) расчете количество циклов наблюдения равно „,, = тпіs/Тц , где т„, s - средняя длительность пачки ошибок максимальной длины, определяемая по статистической таблице для соответствующей градации Рошп; Тц - длительность цикла.
3. По полученным в результате расчетов функциям распределения вероятностей FUUX(k) (і = l,R) для каждой из представленных в статистической таблице длин пачек тп, находятся вероятности ложного выходаРлв,, из со стояния синхронизма. Результаты оценок Рлв/у представляются в виде табл. 4.2.
СЦС служит для обеспечения передачи информации по цифровому каналу. Поэтому представляет интерес оценка влияния параметров ее функционирования на параметры цифрового канала. Покажем, что разработанная аналитическая модель СЦС обеспечивает такую возможность.
Как уже отмечалось, частость возникновения и длительность кратковременных перерывов на выходе цифрового канала, обусловленных сбоями циклового синхронизма, полностью определяется параметрами СЦС. Средняя длительность кратковременного перерыва в цифровом канале можно найти с помощью выражения (1.5), а частость их возникновения -выражения (1.4). Неизвестными величинами в этих выражениях являются основные показатели качества функционирования СЦС: авых t„ и ty,
