5.2. Синхронізація
Тактова синхронізація.Отже, цілком ясно, що такі пристрої, як АЦП і ЦАП, повинні працювати, як кажуть, в такт, синхронно. Якщо, скажімо, АЦП видає 8-розрядні кодові слова:
10011010 101011101 10010101 100011010.
де кожен біт з'являється через певні інтервали часу - такти, те, щоб ЦАП розшифровував саме ці кодові комбінації, він повинен «вибирати» біти з послідовності точно через ті ж інтервали, в ті ж такти. Генератори тактових імпульсів (ГТІ) є як на передавальній, так і на приймальній сторонах. Це вони дають «вказівки», коли АЦП видавати, в ЦАП відповідно приймати черговий біт. Але як узгодити дії цих генераторів, якщо передавальна та приймальна станції розділені тисячами верст, а на роботу генераторів впливають температура навколишнього повітря, його вологість, зміна напруги живлення та інші фактори. В результаті інтервали між керуючими (тактовими) імпульсами на передавальної та приймальної станціях можуть істотно відрізнятися один від одного, і, отже, ЦАП декодує зовсім не ту послідовність, яка передана. На жаль, спотворення інформації трапляється при дуже невеликих розбіжностях довжин тактових інтервалів, оскільки з часом все одно настане момент, коли ЦАП почне «помилятися» у виборі бітів.
Несинхронність генераторів тактових імпульсів передавальної та приймальної станцій позначиться також і на тому, що «двері» мультиплек-сора будуть відкриватися не в такт один з одним. Як у випадку розбіжності швидкостей обертання щіток в розподільниках Бодо, інформація з одного каналу передавальної станції потраплятиме зовсім в інший канал приймальної станції. Висновок з усього сказаного один: потрібно синхронізувати роботу генераторів передавальної та приймальної станцій накожному такті. Для цього достатньо знати на приймальній стороні частоту слідування тактових імпульсів, і управляти генератором приймальної станції так, щоб він видавав імпульси з тією ж годиною (така ж кількість в секунду). І, звичайно ж, управління генератором має проводитися автоматично, без участі людини.
Мал. 5.7. Виділення тактових імпульсів із цифрового потоку
Ми вже говорили про те, що цифровий потік можна у вигляді суми двох послідовностей: регулярної та випадкової (див. рис. 1.14), тобто. можна побачити тактові імпульси у явному вигляді. У спектрі такого сигналу присутні основна та вищі гармоніки тактової частоти (див. рис. 1.15). Значить, за допомогою електричного фільтра можна виділити з цифрового потоку коливання тактової частоти і потім сформувати тактові імпульси з нього (рис. 5.7).
Може виникнути думка відмовитися від генератора на приймальній станції, оскільки тактові імпульси отримані з цифрового потоку. Однак це не розумно. Якщо з будь-яких причин система синхронізації дасть збій і тактові імпульси на якийсь час пропадуть, то зв'язок по всіх каналах негайно порушиться, що є неприпустимим. Наявність же генератора на приймальній станції дає гарантію що порушення зв'язку не відбудеться: пройде досить багато часу, перш ніж генератор вийде з синхронізму, а за цей час тактові імпульси можуть знову з'явитися.
Збій у синхронізації може статися з багатьох причин. Ось них. Глибокої ночі, коли більшість абонентів спить і, природно, не користується послугами зв'язку, в переважній боль-ниві каналів інформація не передається, і в цифровому потоці з'являються дуже довгі послідовності нулів. Не виключена поява довгих послідовностей нулів у цифровому потоці та вбудь-який інший годинник.
Усунути ці «білі плями» у цифровому потоці можна за допомогою наступного прийому. До двійкових символів цифрового потоку додається за правилами двійкової арифметики певна двійкова послідовність:
Цифровий потік 01110000000000000000011
Потік у лінії 11011010101010101010110
Як бачите, у цифровому потоці зникли довгі послідовності нулів. Тепер із нього знову можна виділити тактові імпульси. А щоб повернутися до вихідного потоку, перед тим як подати його до приймача, потрібно знову скласти його за законами двійкової арифметики ж двійковою послідовністю. Переконайтеся в цьому самі без нашої допомоги.
Подібна операція отримала у фахівців назву "скремблювання" (від англійського слова scramble - перемішувати). Виконується вона досить просто за допомогою мікросхем, «вміють» складати, двійкові цифри за потрібними правилами. Це звані суматори по модулю 2», вони випускаються промисловістю. цифровий потік, перед тим як відправити його в лінію, подають на один із входів цього суматора, на другий його вхід надходить двійкова послідовність обраної структури. Результат підсумовування-«скрембльований» цифровий потік - направляється в лінію зв'язку. Він не містить довгих послідовностей нулів. Такий самий суматор є і на приймальній станції. Через нього пропускаються» цифровий потік, що виходить з лінії, і та ж послідовність, що і на передачі. Відбувається «дескремблірування. і відновлений у початковому вигляді потік обробляється приймачем. Природно, що для виділення тактових імпульсів використовують цифровий потік, який ще не піддався процедурі відновлення.
Отже, синхронізація цифрової системи передачі на кожному такті і роботи здійснена. Але цього не достатньо.Хоча тепер на приймальній станції підключення лінії до каналів і відбувається в такт з станцією, що передає, потрібно ще знати, до якого конкретного каналу слід в даний момент підключити лінію зв'язку. Інакше кажучи, йдеться у тому, що приймальна і передає «електронні щітки» - мультиплексор і демультиплексор, як й у системі Бодо, повинні починати своє «обертання» з однієї й тієї ж становища, наприклад із першого каналу.
Як же вирішив цю проблему у своєму винаході Ж. Бодо? Він застосував оригінальний і досить простий пристрій синхронізації. Якщо ви уважно подивіться на рис. 5.3, на якому зображена система Бодо з «чергуванням кодових комбінацій», то зверніть увагу, що на розподільниках крім чотирьох ламелів (по п'ять сегментів у кожній), з'єднаних з чотирма телеграфними апаратами, є ще окремий, не пов'язаний з жодною ламелью, 21-й сегмент. На передавальному розподільнику до нього підключено батарею, а на приймальному - електромагніт гальмівного пристрою. Мотор приймального розподільника обертається трохи швидше, ніж передавального. Тепер уявімо, що щітка на приймальній станції знаходиться наприкінці згаданого нами 21-го сегменту. Нехай у цей час через меншу швидкість роботи мотора щітка на передавальної станції тільки вступає на такий же сегмент. Зауважте, ланцюг електромагніту гальмівного пристрою замкнувся. В результаті мотор приймального розподільника пригальмувався і його щітка застигла на місці. Вона залишиться нерухомою доти, доки щітка передавача не зробить весь свій шлях по 21 сегменту. Мить досить коротка, але її вистачає, щоб вирівняти положення щіток і почати їх рух і на прийомі, і на передачі з однієї і тієї ж позиції, а саме з першого в розподільниках сегмента. Синхронність початку руху щіток(Ще кажуть: їх синфазність) досягається в системі Бодо за рахунок пригальмовування приймального розподільника та встановлення його тим самим у початкове положення. Якщо один оборот щіток вважати за один цикл передачі від усіх телеграфних апаратів, можна сказати, кожен новий цикл щітки обох розподільників починають одночасно. Такий вид синхронізації доречно назвати синхронізацією за циклами.
Погляньмо на пристрій синхронізації, запропонований Ж. Бодо, з більш загальних позицій. Коли щітка передавального розподільника ковзала по сегменту, з'єднаному з батареєю, лінію посилається «відрізок» постійного струму, тобто. імпульс. Цей імпульс є нічим іншим, як синхросигналом, що дає приймачеві вказівку «починаємо новий цикл!», і приймач виконував цю директиву, пригальмовуючи розподільник для того, щоб відразу після закінчення синхросигналу почати новий цикл. Таким чином, один цикл роботи системи Бодо включає (рис. 5.8) передачу в лінію спочатку сигналу синхронізації, а потім по черзі 5-розрядних кодових комбінацій букв від кожного телеграфного апарату.
Мал. 5.8. Цикл передачі у системі Бодо
Триває такий цикл за сучасними поняттями неймовірно довго – близько 200 мс. Це і зрозуміло, адже мотору доводиться робити близько 5 об/с (300 об/х), а для невеликих моторів це і зараз чи не межа.
Схему, запропоновану Бодо, вважатимуться прямою попередницею схем циклової синхронізації, застосовуваних у сучасних цифрових системах передачі, оскільки у всіх сучасних системах, як об'єднувати цифрові потоки різних каналів, у приймач посилається сигнал початку циклу. Приймальний пристрій «знає»: надійшов такий синхронізуючий сигнал - відчиняй «двері» демультиплексора для цифровогопотоку першого каналу Потім під "керівництвом" тактових імпульсів відкриваються такі "двері" для цифрових потоків інших каналів. приходом нового синхросигналу починається все спочатку, знову з перших дверей. синхросигнал потрібно якось відрізняти від інших прийнятих комбінацій. Для цього йому надають цілком певну комбінацію I. Наприклад, у розробленій українськими фахівцями системі передачі ІКМ-30 для синхросигналу прийнята наступна комбінація: 0011011 (рис. 5.9). Але де гарантія, що подібна комбінація імпульсів не зустрінеться і в цифровому потоці будь-якого каналу? Звичайно, таке може статися, але не так часто. Імовірність цієї події надзвичайно мала. А ось синхросигнал такої структури зустрічається із завидною регулярністю - через кожні 250. Це його властивість - повторюваність - використовується для «впізнання. Необхідно кожну прийняту кодову комбінацію порівнювати з комбінацією синхросигналу, яка на прийомі відома і зберігається в комірці пам'яті. Спеціальний пристрій стежить за тим, регулярно з'являється така комбінація. Якщо через кожні 250 мкс, то все гаразд – ми маємо справу із синхросигналом. Рішення приймається зазвичай після кількох його повторень.
При включенні апаратури в роботу цикловий синхронізм встановлюється не відразу, а через певний проміжок часу, який називається часом входження в синхронізм.
Цей час має бути досить малим (не більше кількох мілісекунд). В іншому випадку, при випадковій втраті синхронізму може статися роз'єднання абонентів приладами АТС.
Мал. 5.9. Цикл передачі у системі ІКМ-30
Пошук стану синхронізму здійснюється послідовним контролем та порівнянням кодових груп групового сигналу з еталоном синхросигналу,який виробляється генераторним обладнанням (ГО) приймальної станції. Якщо кодова група відповідає еталону, приймач синхросигнала здійснює зсув («гальмування») послідовності управляючих імпульсів, вироблюваних ГО прийому, однією період тактової частоти. Таке «гальмування» приймального ГО по відношенню до передавального триває доти, доки між порівнюваною кодовою групою та еталоном синхросигналу не встановиться однозначна відповідність, що фіксує стан синхронізму в системі.
Всі кодові комбінації в цифрових потоках, що об'єднуються, мають по вісім розрядів, а синхросигнал - тільки сім (див. рис. 5.9). Отже, комбінацію синхросигналу можна доповнювати до «стандартного» числа розрядів, тобто. до восьми, передаючи в порожньому проміжку часу біти, наприклад, від персональних комп'ютерів. Швидкість передачі даних досягає при цьому 8 кбіт/с.