Разные лабы / ЛР6_синхра_13
.docxФедеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Национальный исследовательский университет
«Московский институт электронной техники»
Кафедра: Телекоммуникационные системы
Дисциплина: Синхронизация в высокоскоростных сетях передачи данных
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №6
«Схемы тактовой синхронизации без обратной связи»
ВАРИАНТ №13
Москва 2021
Цель работы: Исследование принципов работы разомкнутых схем тактовой синхронизации
Задание на лабораторную работу: Собрать модель двух разомкнутых схем тактовой синхронизации и протестировать их работу.
Порядок выполнения работы
1. Собрать в среде Matlab Simulink модель цифровой системы связи.
2. Убедиться в корректности работы схемы в отсутствие шумов. Убедиться в том, что при изменении тактовой частоты в рамках заданного рассогласования полосовой фильтр позволяет правильно выделить переходы двоичных символов.
3. Убедиться в работоспособности схемы при наличии шума в канале. Убедиться в работоспособности схемы, формируя в источнике сигналы с тактовой частотой, отличной от номинального значения, а также добавляя в канал связи случайную задержку, приводящую к фазовому рассогласованию тактовой частоты.
Таблица 1. Вариант задания
Вариант |
Тактовая частота, кГц |
Рассогласование тактовой частоты, % |
13 |
50 |
5 |
Выполнение.
Собрать в среде Matlab Simulink модель цифровой системы связи.
Соберем в среде Matlab Simulink модель цифровой системы связи, состоящей из источника дискретных сообщений (Repeating Sequence Stair) с тактовой частотой 20 кГц, согласованного фильтра, канала с АБГШ и полосового фильтра с полосой пропускания от 19,6 кГц до 20,4 кГц (рисунок 1.1). Схемы двух устройств тактовой синхронизации (далее УТС) представлены на рисунках 1.2 и 1.3.
Рисунок 1.1 – Модель цифровой системы связи
Рисунок 1.2 – УТС с согласованным фильтром и нелинейностью четного порядка
Рисунок 1.3 – УТС с задержкой перемножением
На рисунке 1.1 помимо двух УТС на осциллограф поступает сигнал с источника дискретных сообщений с тактовой частотой 50 кГц для того, чтобы убедиться в корректности тактовой синхронизации.
Убедиться в корректности работы схемы в отсутствие шумов. Убедиться в том, что при изменении тактовой частоты в рамках заданного рассогласования полосовой фильтр позволяет правильно выделить переходы двоичных символов.
Убедимся в работоспособности каждой УТС в отдельности. Для этого будем попарно рассматривать УТС и меандр с частотой одного символа 100 кГц. Для УТС с перемножением с задержанным сигналов результаты представлены на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Результаты иммитационного моделирования УСТ с задержкой
Убедимся в работоспособности УТС с согласованным фильтром и нелинейностью четного порядка. Результаты имитационного моделирования представлены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Результаты имитационного моделирования УТС с нелинейностью четного порядка
Проверив оба УТС можно избавиться от избыточной ветви генерации меандра частотой 100 кГц и проверить работоспособность двух УТС между собой. Как очевидно частоты выходных сигналов будут одинаковые (рисунок 2.3), отличаться сигналы будут лишь в задержке.
Рисунок 2.3 – Временное сравнение выходов двух УТС (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)
Изменим тактовую частоту источника дискретных сообщений в пределах полосы фильтра. Ожидается, что в этих пределах тактовая синхронизация будет успешна, а за пределами нет. Для первого исследования установим тактовую частоту источника равную 50*0.95 кГц. Результаты имитационного моделирования представлены на рисунке 2.4. Сравнивая полученный результат с идеальным, видим, что тактовая синхронизация выполнена успешно. Аналогичная ситуация, при тактовой частоте источника 50*1.05 кГц (рисунок 2.5). Так как система корректно работает на границах фильтра, следовательно, в области пропускания результат будет аналогичным, поэтому для следующего исследования зададим тактовую частоту источника как 40 кГц (рисунок 2.6). Сравнивая полученный результаты с идеальным, видим, что тактовая синхронизация выполнена не корректно. Аналогичная ситуация при тактовой частоте источника 60 кГц (рисунок 2.7).
Рисунок 2.4 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 47.5 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)
Рисунок 2.5 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 52.5 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)
Рисунок 2.6 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 40 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)
Рисунок 2.7 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 60 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)
Исследования за пределами диапазона частот от 47.5 кГц до 52.5 кГц показали, что успешная тактовая синхронизация возможна только в пределах диапазона и на его границах. В других случаях тактовая синхронизация выполняется не корректно.
Убедиться в работоспособности схемы при наличии шума в канале. Убедиться в работоспособности схемы, формируя в источнике сигналы с тактовой частотой, отличной от номинального значения, а также добавляя в канал связи случайную задержку, приводящую к фазовому рассогласованию тактовой частоты.
Проверим работоспособность схемы при наличии шума в канале. Результаты имитационных моделирований для каждой ветви продемонстрированы в таблице 2.
Таблица 2. Результаты имитационного моделирования при различных отношениях сигнал-шум в канале (измерения проводились на 1 000 000 символов).
Отношение сигнал-шум в канале, дБ |
Кол-во ошибок в ветви с УТС с нелинейностью |
Кол-во ошибок в ветви с УТС с задержкой |
1000 |
1 |
1 |
100 |
1 |
1 |
20 |
44 239 |
1 145 |
10 |
84 818 |
64 748 |
0 |
83 034 |
134 033 |
Как видно из таблицы 2, система достаточно помехоустойчива,
Убедимся в работоспособности схемы, формируя в источнике сигналы с тактовой частотой, отличной от номинального значения, но в пределах полосы пропускания фильтра, а также добавим в канал связи случайную задержку, приводящую к фазовому рассогласованию тактовой частоты. Результаты имитационных моделирований приведены в таблице 3 (моделировалось 100 000 символов).
Таблица 3. Результаты имитационного моделирования при различных временных задержках в канале (измерения проводились на 100 000 символов).
Тактовая частота источника |
Задержка, с |
УТС с нелинейностью |
УТС с задержкой |
19.6 кГц |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
|
20 кГц |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
|
20.4 кГц |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
Из таблицы 3 видно, что временные задержки не влияют на восстановление.
Вывод.
В ходе лабораторной работы были исследованы принципы работы разомкнутых схем тактовой синхронизации с нелинейностью четного порядка и с перемножением с задержанным сигналом. Оба метода не имеют обратной связи, в результате чего время подстройки тактовой синхронизации занимало 1 такт. Преимуществами данных методов является большая помехоустойчивость при различных отношениях сигнал-шум в канале и фазовом рассогласовании тактовой частоты, а также стабильная работа в пределах установленного диапазона частот в фильтре.