УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОДСИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ КАДРОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

Полезная модель относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначена для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации, функционирующей в цифровой системе передачи данных и обеспечивающей установление и поддержание кадрового синхронизма.
Известно устройство для моделирования системы связи, содержащее четыре элемента И, два элемента НЕ, три элемента ИЛИ, элемент задержки, первый реверсивный счетчик, два генератора заявок, генератор тактовых импульсов и датчик случайного потока импульсов, причем выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого является суммирующим входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены соответственно с входами первого элемента ИЛИ и через второй элемент И - с входом первого элемента НЕ и с вторым входом четвертого элемента И, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход третьего элемента И подключен к входу датчика случайного потока импульсов, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого является вычитающим входом реверсивного счетчика, выход генератора приоритетных заявок подключен к первому входу четвертого элемента И, входу второго элемента НЕ и входу элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента НЕ соединен с третьим входом первого элемента И, выход четвертого элемента И подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ (Патент на полезную модель №68150, 2007 г.).
Однако, данное устройство не обеспечивает возможности моделирования работы подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации, как обеспечивающей составной части системы связи и оказывающей существенное влияние на качество ее функционирования.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели по технической сущности является устройство для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации, содержащее компаратор, первый и второй регистры объединенные с третьим регистром в блок регистров с эталонными последовательностями, мультиплексор, пять элементов И, пять элементов ИЛИ, счетчик импульсов, два RS-тригтера, причем выходы блока регистров соединены с информационными входами мультиплексора, выходы которого соединены с «эталонными» входами компаратора, информационный вход которого соединен с источником входных данных, выходы ячеек седьмого регистра компаратора через первый элемент И соединены с первым входом пятого элемента ИЛИ, с первым управляющим входом мультиплексора, со вторым входом третьего элемента ИЛИ, со вторым входом четвертого элемента ИЛИ и с входом установки «1» первого RS-триггера, выходы ячеек одиннадцатого регистра компаратора через четвертый элемент И соединены с первым входом первого элемента ИЛИ, со вторым управляющим входом мультиплексора, с первым входом третьего элемента ИЛИ, с первым входом четвертого элемента ИЛИ и с входом установки «1» второго RS-триггера, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входом «+» запуска счетчика импульсов, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом «0» обнуления счетчика импульсов, выход четвертого (старшего) разряда счетчика импульсов подсоединен ко второму входу второго элемента И и к первому входу третьего элемента И, выход третьего разряда счетчика импульсов подсоединен к третьему входу второго элемента И и ко второму входу третьего элемента И, выход второго разряда счетчика импульсов подсоединен к третьему входу третьего элемента И, выход первого RS-триггера подсоединен к первому входу второго элемента И и к первому входу второго элемента ИЛИ, а выход второго RS-триггера подсоединен к четвертому входу третьего элемента И, ко второму входу второго элемента ИЛИ и к пятому инверсному входу четвертого элемента И, выходы второго элемента И и третьего элемента И подсоединены к нулевому управляющему входу мультиплексора, второму входу первого элемента ИЛИ, второму входу пятого элемента ИЛИ, выходы ячеек тринадцатого регистра компаратора через пятый элемент И соединены с выходом схемы, выход пятого элемента ИЛИ соединен с входом «0» установки нулевого состояния второго RS-триггера, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом «0» установки нулевого состояния первого RS-триггера, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым инверсным входом первого элемента И. (Патент на полезную модель №73514, 2007 г.).
Недостатком данного устройства для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации является отсутствие возможности имитации работы подсистемы кадровой синхронизации в режимах установления и поддержания кадрового синхронизма при использовании сигналов кадровой синхронии разной длины.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства заключается в реализации возможности имитации работы устройства в режимах установления и поддержания кадрового синхронизма при использовании сигналов кадровой синхронии разной длины.
Эта задача достигается тем, что в устройство для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации, содержащее компаратор, первый и второй регистры объединенные с третьим регистром в блок регистров с эталонными последовательностями, мультиплексор, пять элементов И, пять элементов ИЛИ, счетчик импульсов, два RS-триггера, причем выходы регистров блока регистров с эталонными последовательностями соединены с первым и вторым информационными входами мультиплексора, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к входу данных схемы, семь выходов регистра компаратора соединены с семью входами первого элемента И, выход которого соединен с входом «1» триггера, с первым управляющим входом мультиплексора и первым входом элемента ИЛИ, шесть выходов компаратора соединены с шестью входами четвертого элемента И, выход которого соединен с инверсным входом пятого элемента И, вход «Сигнал «сбой» кадровой синхронизации», соединен с вторым управляющим входом мультиплексора, входом установки «0» триггера и входом установки в «0» счетчика импульсов, двадцать один выход счетчика импульсов соединены с двадцать одним входом третьего элемента И, выход третьего элемента И соединен с прямым входом пятого элемента И, выход пятого элемента И соединен с вторым управляющим входом мультиплексора, входом установки «0» триггера и входом установки в «0» счетчика импульсов, введены шестой элемент И, генератор тактовых импульсов, выходы блока регистров с эталонными последовательностями имеют 128 разрядные регистры, семь входов входа компаратора имеют 128 разрядные регистры, шесть выходов компаратора имеют 64 разрядные регистры, выход которого соединен с инверсным входом пятого элемента И и первым входом шестого элемента И, выход RS-триггера соединен со вторым входом второго элемента И, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента И, выход второго элемента И соединен со входом «+» счетчика импульсов, выход третьего элемента И соединен с прямым входом пятого элемента И и вторым входом шестого элемента И, выход шестого элемента И соединен с входом «0» счетчика импульсов и со вторым входом элемента ИЛИ.
ск
Известно, что для повышения эффективности функционирования подсистемы кадровой синхронизации (ПКС) радионаправления и радиосети в целом, при установившемся режиме работы ПКС можно увеличить значение коэффициента кадровой эффективности за счет использования сигналов кадровой синхронизации (СКС) меньшей длины на этапе поддержания кадрового синхронизма в радионаправлениях с учетом априорного знания времени поступления СКС Т (Шевкопляс, Б.В. Синхронизация в телекоммуникационных системах: Сборник задач: Уч. пос. / Б.В. Шевкопляс. - М.: ИП Радиософт, 2009. - 368 с.: ил.). В связи с этим в ПКС появится два типа СКС: для установления кадрового синхронизма СКСуст кс и для поддержания кадрового синхронизма СКСподд кс. Длина СКСуст кс должна иметь максимальное значение для обеспечения требуемой вероятности установления кадрового синхронизма в заданных условиях. Длина СКСподд кс должна иметь значение меньше максимального при условии, что на предыдущем этапе синхронизм установлен или поддержан успешно. Но на практике при применении различных СКС и в зависимости от стохастичности входного потока данных могут возникать сбои кадровой синхронизации, обусловленные ложным срабатыванием. Получение числа таких срабатываний при описанных условиях и обуславливает важность введения таких режимов синхронизации в предлагаемое устройство.
Промышленная воспроизводимость элементов И, ИЛИ, генератора тактовых импульсов, мультиплексора, RS - триггера, регистров и счетчика импульсов обусловлена наличием элементной базы и описана (Водовозов, A.M. Цифровые элементы систем автоматики. Уч. пос. / A.M. Водовозов - Вологда.: ВоГТУ, 2001. - 108 с.: ил.).
На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема предлагаемого устройства для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации.
На фиг. 1 обозначено:
1 - блок регистров с эталонными последовательностями
2 - мультиплексор
3 - генератор тактовых импульсов
4 - компаратор
5 - 1-й элемент И
6 - триггер
7 - 2-й элемент И
8 - счетчик импульсов
9 - 3-й элемент И
10 - 4-й элемент И
11 - 5-й элемент И
12 - 6-й элемент И 13 - элемент ИЛИ.
В устройстве для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации выходы 128-разрядных регистров блока регистров с эталонными последовательностями 1 через 128-разрядные шины соединены с первым и вторым информационными входами мультиплексора 2, выход которого через 128-разрядную шину соединен с первым входом компаратора 4, на второй вход которого в виде цифрового потока поступают данные из канала связи, семь выходов 128-разрядного регистра компаратора 4 соединены с семью входами первого 5 элемента И, выход которого соединен с входом «1» триггера 6, с первым управляющим входом мультиплексора 2 и первым входом 13 элемента ИЛИ, шесть выходов 64-разрядного регистра компаратора 4 соединены с шестью входами четвертого 10 элемента И, выход которого соединен с инверсным входом пятого 11 элемента И и первым входом шестого 12 элемента И, выход триггера 6 соединен со вторым входом второго 7 элемента И, выход генератора тактовых импульсов 3 соединен с первым входом второго 7 элемента И, выход второго 7 элемента И соединен со входом «+» счетчика импульсов 8, вход «Сигнал «сбой» кадровой синхронизации», который может формироваться внешними устройствами, соединен с вторым управляющим входом мультиплексора 2, входом установки «0» триггера 6 и входом установки в «0» счетчика импульсов 8, 21 выход счетчика импульсов 8 соединены с 21 входом третьего 9 элемента И входы которого настроены прямой или инверсный, согласно последовательности 100010001011100000000, выход третьего 9 элемента И соединен с прямым входом пятого 11 элемента И и вторым входом шестого 12 элемента И, выход пятого 11 элемента И соединен с вторым управляющим входом мультиплексора 2, входом установки «0» триггера 6 и входом установки в «0» счетчика импульсов 8, выход шестого 12 элемента И соединен с входом «0» счетчика импульсов 8 и со вторым входом 13 элемента ИЛИ, выход которого и формирует сигнал о наличии кадрового синхронизма.
ск
ск
Предлагаемое устройство для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации работает следующим образом. В начальный момент времени на вход данных компаратора поступает поток данных в цифровом виде со скоростью 16 Кбит/с, а на другой вход компаратора через мультиплексор и 128-разрядную шину из RG1 блока регистров с эталонными последовательностями поступает 128-разрядная последовательность, соответствующая СКСуст кс. Как только в последовательности входного потока бит придет последовательность соответствующая СКСуст кс, на семи выходах, подключенных к RG-128 компаратора будет сформирована последовательность из семи единиц 1111111. Это означает приход СКСуст кс без ошибок. После этого на выходе первого 5 элемента И появится единица которая установит триггер 6 в единичное состояние при этом импульсы с генератора тактовых импульсов 3 через второй 7 элемент И начнут поступать на вход «+» счетчика импульсов 8. Эта часть схемы запускает отсчет интервала времени равный периоду, через который должен придти СКСподд кс Т (Чайков, С.С. Нахождение оптимальных параметров подсистемы кадровой синхронизации с временным разделением каналов и ШПС-ФМ синхросигналами в сети радиосвязи метрового диапазона с подвижными объектами / С.С. Чайков, Д.В. Смирнов, С.А. Бекренев // Известия Ин-та инженерной физики: науч.-техн. журн. - Серпухов, 2015. - №4 - С.36-40. - ISSN 2073-8110.). Третий 9 элемент И настроен на входящую последовательность бит равную 100010001011100000000, что соответствует Т=70 с. Выход первого 5 элемента И через управляющий вход «Упр 1» мультиплексора 2 подает на вход компаратора 4 последовательность СКСподд кс из регистра RG2 блока регистров с эталонными последовательностями 1. С этого момента схема переходит в режим «поддержания кадрового синхронизма». Размер ее также 128 бит, но значимыми являются только первые 64 разряда последовательности, остальные биты заполнены нулями. Также единица с выхода первого 5 элемента И, поступив на вход 13 элемента ИЛИ сформирует на его выходе сигнал кадровой синхронизации на выходе схемы устройства. За тем схема ждет прихода СКСподд кс во входном потоке бит, причем ровно через 70 с, которые отсчитываются счетчиком импульсов-таймер. В момент поступления в компаратор СКСподд кс длиной 64 бита, на шести выходах RG64 компаратора 4 будут все единицы 111111, что соответствует приему данного сигнала без ошибок и тогда на выходе четвертого 10 элемента И сформируется единица, которая в зависимости от сигнала на выходе третьего 9 элемента И сформирует единичный сигнал на выходе либо пятого 11 элемента И, либо шестого 12 элемента И. Если сработает пятый 11 элемент И, это означает, что время вышло, а СКСподд кс не прибыл вовремя и тогда сигнал с выхода пятого 11 элемента И установит триггер 6 в нулевое состояние «0», обнулит счетчик импульсов 8 «0» и через вход мультиплексора 2 «Упр 2» подаст на вход компаратора 4 последовательность, соответствующую СКСуст кс. Схема перейдет в режим «Установления кадрового синхронизма». Если сработает шестой 12 элемент И, это означает, что время вышло и СКСподд кс прибыл вовремя и тогда сигнал с выхода шестого 12 элемента И обнулит счетчик импульсов 8 и через 13 элемент ИЛИ сформирует сигнал кадровой синхронизации на выходе схемы устройства.
Таким образом, в устройстве могут моделироваться два возможных режима работы, имеющие место в моделируемой подсистеме кадровой синхронизации:
уст кс
- установление кадрового синхронизма путем приема цифрового СКС длиной 128 бит;
подд кс
- поддержание кадрового синхронизма путем приема цифрового СКС длиной 64 бит.
Достоинством предлагаемого устройства для моделирования подсистемы обнаружения сигналов кадровой синхронизации является возможность моделирования работы подсистемы кадровой синхронизации в двух режимах работы при использовании для этого цифровых СКС различной длины, а также возможность при моделировании получить статистические данные о числе обнаружения ложных СКС и пропуске настоящих СКС за время моделирования.
Введение в прототип новых отличительных признаков - элемента И, генератора тактовых импульсов и их новых связей - позволяет устройству моделировать работу подсистемы кадровой синхронизации с реализацией режимов установления и поддержания кадрового синхронизма при использовании для этого сигналов кадровой синхронии разной длины (128 бит и 64 бита).
Промышленная воспроизводимость компаратора известна и описана (Сухман, С.М. Синхронизация в телекоммуникационных системах / С.М. Сухман, А.В. Бернов, Б.В. Шевкопляс. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 272 с.: ил.).