Роль синхронизации в цифровых системах передачи сигнала

Контроль положения каждого бита в группе осуществляется с помощью специальных технических приемов, описанных ранее. Поскольку единственным способом идентификации битов является анализ их взаимного расположения на временной оси, элемент синхронизации приобретает критическую важность в цифровых телефонных станциях и системах передачи. Любое отклонение от идеальной синхронизации по частоте и фазе между потоком данных и тактовым генератором неизбежно приводит к ошибкам передачи. На рис. 6.13 наглядно показано, как даже незначительная погрешность синхронизации может вызвать искажение двоичных разрядов передаваемого сигнала.

Рис. 6.13. Влияние погрешностей синхронизации на восстановление формы сигнала

Каждая телефонная станция использует собственный тактовый генератор для синхронизации внутренних данных. Если принимающее устройство имеет тактовую частоту, отличную от частоты передатчика, происходит потеря битов. Это происходит потому, что уровень сигнала в моменты перехода между логическими состояниями используется для восстановления формы импульса. Для предотвращения данной проблемы во многих приемных устройствах применяется метод регенерации сигнала синхронизации непосредственно из входящего цифрового сигнала. Этот подход обеспечивает высокую точность синхронизации при работе с одиночным источником.

Ситуация усложняется, когда приемное коммутирующее устройство обрабатывает сигналы от нескольких независимых источников, что является стандартным сценарием. В таком случае оборудование должно компенсировать неизбежные небольшие расхождения в скоростях передачи данных. Несущественные различия могут быть нивелированы с помощью недорогих интегральных микросхем общего назначения. Однако для компенсации значительных расхождений потребовалось бы использование сложных и дорогостоящих дополнительных логических схем, что экономически нецелесообразно.

Кардинальным решением проблемы синхронизации в масштабах всей сети является применение архитектуры с главным генератором. Большие различия в скоростях передачи преодолеваются путем синхронизации всех телефонных станций в цифровой сети от единого источника — ведущего тактового генератора (Master Clock Generator). Такая схема, иллюстрируемая рис. 6.14, реализована в современных коммутируемых телефонных сетях общего пользования (ТфОП/ PSTN). Она обеспечивает согласованную работу всех узлов сети, независимо от их типа и конфигурации.

Рис. 6.14. Синхронизация тактовых импульсов с использованием главного тактового генератора

В представленной на рисунке иерархической системе главный генератор является эталоном времени для всех коммутируемых сетей, входящих в единый комплекс. Такой централизованный подход минимизирует накопление ошибок синхронизации и обеспечивает стабильную передачу данных на большие расстояния. После рассмотрения ключевых преимуществ и объективных недостатков цифровых систем, логично обратиться к анализу их специфических характеристик, определяющих эффективность и область применения.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Бигелоу С.Д., Карр Д.Д., Виндер С..

Источник: Энциклопедия телефонной электроники.

Данные публикации будут полезны студентам и специалистам в области телекоммуникаций и сетевых технологий, инженерам, изучающим принципы передачи данных, а также всем, кто интересуется историей и эволюцией модемной связи и базовыми сетевыми протоколами.