ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ЗВ'ЯЗКУ ім. О.С. ПОПОВА

ХИЖНЯК ОЛЕКСІЙ АНДРІЙОВИЧ

УДК 621.395.126.2

ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РЕГЕНЕРАТОРІВ

ДВОПРОВОДОВИХ ДУПЛЕКСНИХ СИСТЕМ

СИМЕТРИЧНОГО ДОСТУПУ

05.12.02 – телекомунікаційні системи і мережі

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській національній академії зв'язку
ім. О.С. Попова Міністерства транспорту та зв’язку України, Державного
департаменту з питань зв’язку та інформатизації.

Науковий керівник – | кандидат технічних наук, доцент

Пашолок Петро Оникійович,

Одеська національна академія зв'язку
ім. О.С. Попова Міністерства транспорту та зв’язку України, Державного департаменту
з питань зв’язку та інформатизації, доцент кафедри телекомунікаційних систем

Офіційні опоненти: |

доктор технічних наук, професор

Кокошко Володимир Семенович,

Одеський Ордена Леніна інститут Сухопутних військ Міністерства оборони України, професор кафедри військової кібернетики й інформатики;

кандидат технічних наук, доцент

Михальчан В'ячеслав Степанович,

Одеська філія ВАТ “Укртелеком”, заступник директора з питань економіки і фінансів

Провідна установа – |

Одеська національна морська академія
Міністерства освіти і науки України,
(м. Одеса).

Захист відбудеться 28 січня 2005 р. о 12.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д41.816.02 в Одеській національній академії зв'язку
ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна, 1.

Автореферат розіслано 27 грудня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н., професор Князєва Н.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Телекомунікаційні технології відіграють надто суттєву роль в економічному і соціальному розвитку будь-якої країни, у реалізації національної і глобальної інформаційної структури, прискоренні світових інтеграційних процесів. Останнє десятиріччя внесло суттєві корективи в телекомунікаційні технології, методи проектування, побудову і реалізацію мереж зв'язку, склад користувачів, спектр послуг, якість передачі і відтворення інформації.

Основою розвитку телекомунікаційних технологій є цифровізація обробки, передачі і прийому інформації будь-яких доступних користувальницьких послуг. Особливістю такого переходу в Україні є прагнення найшвидшого інтегрування в Європейську (міжнародну) мережу зв'язку, де засоби телекомунікацій – цифрові. У концепції розвитку мереж зв'язку України визначена послідовність вирішення основних проблем телекомунікацій в умовах фінансової кризи при мінімальних витратах реконструкції (модернізації, цифровізації) існуючої інфраструктури мереж і технологій телекомунікацій. У перехідний період доцільне використання новітніх цифрових технологій і розгалужених існуючих
електропровідних (мідних, багатопарних) кабельних направляючих систем. Це підтверджується суттєвим зростанням обсягів інформації в мережах корпоративного сектору користувачів, вимогами високої вірогідності передачі інформації методами симетричного (дуплексного) доступу по існуючих двопроводових телефонних мережах загального користування (ТМЗК) і глобальної мережі Інтернет, трафік якої збільшується. Сьогодні модернізація транспортної мережі зв'язку України здійснюється на основі впровадження систем синхронної цифрової ієрархії (СЦІ–SDH) по волоконо-оптичному кабелю й абонентській мережі на основі систем абонентського доступу технологій xDSL по існуючій мережі електропровідного кабелю. Доцільність такого рішення підтверджується тим, що термін служби існуючих багатопарних кабелів досить великий і вони будуть ще довгий час експлуатуватися.

При цьому стають актуальними ряд проблем підвищення завадостійкості цифрових технологій, що умовно можна розділити на чотири групи доцільного дослідження:

1. Підвищення завадостійкості цифрової обробки за рахунок удосконалення традиційних методів інтегрального прийому символів цифрового лінійного сигналу випадкової (ізохронної) послідовності.

2. Дослідження спільного впливу на завадостійкість прийнятого цифрового сигналу, коливання фази тактових (стробуючих) імпульсів і коливання порога ухвалення рішення, з метою одержання ймовірного визначення довжини регенераційної ділянки цифрових систем передачі – плезіохронної цифрової ієрархії (ЦСП-ПЦІ) на основі інженерних розрахункових формул.

3. Розробка нових перспективних пристроїв тактової синхронізації за робочим цифровим лінійним сигналом із застосуванням методів фазового автоматичного підстроювання частоти (ФАПЧ) для підвищення точності прийому
цифрових сигналів, зменшення впливу джитера, імпульсних перешкод і збільшення часу утримання режиму синхронізації.

4. Розробка нового методу розподілу зустрічних цифрових потоків напрямків передачі по двопроводових направляючих системах дає можливість підвищення завадостійкості прийому, збільшення довжини ділянки регенерації і спрощення технічної реалізації порівняно з методом ехокомпенсації.

Вирішення перелічених вище проблем ЦСП-ПЦІ дозволить підвищити економічну ефективність модернізації Єдиної національної системи зв'язку України (ЄНСЗУ).

Переліченим проблемам присвячено роботи таких авторів, як – О.О. Спозіто, І.П. Лісовий, В.В. Гінзбург, Л.М. Рахович, Б.Б. Сичинава, проблемам синхронізації (винахід нових перспективних методів) присвячено роботи – В.І. Тихонова, Дж. Стиплера, В.А. Каяцкаса, Д.В. Кловського,
Дж. Френкcа, І.О. Байдана та ін.

У представленій дисертаційній роботі проаналізовано цифрові потоки лінійних сигналів хDSL-технологій симетричної (дуплексної) передачі і традиційні методи дослідження цифрових сигналів систем ЦСП-РDH (Plesiochronоus Digital Hierarchy – плезіохронна цифрова ієрархія), удосконалено метод інтегрального прийому одиночних символів цифрових сигналів, аналітичні методи дослідження доведено до одержання інженерних розрахункових формул. Запропоновано: удосконалений пристрій тактової синхронізації з вирівнюванням затримки сигналу, внесеної регенераційною ділянкою і метод розподілу цифрових потоків зустрічних напрямків передачі по двопроводовій направляючій системі.

Отже, проблеми підвищення завадостійкості, розв'язувані в дисертаційній роботі, є актуальними.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана за реальними потребами галузі зв’язку України. Основні результати дисертаційної роботи спрямовано на виконання державних програм створення Єдиної національної системи зв’язку України та державних програм розвитку галузі зв’язку України і використані в науково-дослідних темах, які проводились в Одеській національній академії зв’язку ім. О.С. Попова на замовлення й за планами Державного комітету зв’язку та інформатизації України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є: підвищення завадостійкості і збільшення довжини регенераційної ділянки; дослідження методів регенерації цифрових лінійних сигналів; доведення аналітичних розрахункових співвідношень до виду інженерних розрахункових формул для визначення основних параметрів пристроїв регенераторів при роботі в умовах адитивних і міжсим-вольних завад; дослідження методів дуплексної передачі зустрічних цифрових потоків по двопроводовій скрученій парі електропровідних багатопарних кабелів ТМЗК.

Досягнення мети дослідження обумовило необхідність вирішення таких основних задач:

-

-

-

-

-

Об'єкт дослідження: регенератори цифрових систем доступу телефонних мереж загального користування.

Предмет дослідження: параметри регенераторів символів лінійного сигналу; пристрої розподілу цифрових потоків зустрічних напрямків передачі двопроводових дуплексних систем симетричного доступу; пристрої синхронізації тактової частоти.

Методи досліджень: при розв’язанні поставлених у роботі задач використано методи: математичної статистики; теорії ймовірностей завадостійкості прийому цифрових сигналів; теорії марківських процесів; статистичної теорії зв'язку; методи розв’язання інтегральних рівнянь.

Наукова новизна отриманих результатів, що виносяться на захист:

Вперше: запропоновано дисперсійно-мостовий метод розподілу (ДМР) цифрових потоків зустрічних напрямків передачі з адаптацією часу роз-повсюдження робочого сигналу систем ПЦІ-РОН на регенераційній ділянці, що є більш простіший у технічній реалізації.

Дістали подальший розвиток: розрахункові формули параметрів регенераторів при синхронізації за робочим сигналом на основі відомих аналітичних виразів, що описували інтегральний метод посимвольного прийому в умовах впливу реальних адитивних та міжсимвольних завад.

Досліджено: пристрої тактової синхронізації з ФАПЧ замкненого типу, що забезпечують завадостійкість регенерації символів, близьку до потенційної, при збільшенні довжини регенераційної ділянки, порівняно з традиційною.

Практичне значення отриманих результатів полягає у:

–

–

–

–

Особистий внесок здобувача. Усі результати основного змісту дисертаційної роботи автор одержав самостійно.

У роботах, опублікованих автором, одержано такі результати:

1. Аналітично обґрунтовано підвищення завадостійкості системи тактової синхронізації та доведено аналітичні вирази до інженерних розрахункових формул.

2. Розроблено пристрій тактової синхронізації в умовах мінімальних технічних витрат та збереження необхідної завадостійкості.

3. Одержано шляхом дослідження аналітичні вирази параметрів тактової синхронізації: час входження в режим синхронізації; утримання та зриву синхронізації, які перевірено методом експериментального моделювання.

В опублікованій статті у співавторстві [6], як результати наукового пошуку, оцінюється статистика потоків помилок на виході перетворювача
МВК-РЦК.

Апробація результатів дослідження: результати теоретичних і прак-тичних досліджень доповідалися й обговорювалися на VII Міжнародній науково-практичній конференції “Системи і засоби передачі й обробки інформації” (м. Одеса): опубліковано у наукових працях УНДІРТ (м. Одеса), збірник №4, 2002 р.; ОНАЗ ім. О.С. Попова, збірник №1, 2001 р.; збірник №3, 2001 р.; збірник №3, 2003 р.; збірник №4, 2003 р.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 6 наукових статей у періодичних спеціалізованих науково-технічних журналах, що входять до переліку ВАК, тези доповіді на VII Міжнародній науково-практичній конференції “Системы и средства передачи и обработки информации” (м. Одеса,
2-7 вересня 2003 р.)

Реалізація і впровадження результатів дисертаційної роботи. Одержані результати впроваджено на мережі сільського телефонного зв'язку в регенераторах апаратури ІКМ-12М, ІКМ-15, ІКМ-30-4 і ЗОНА (м. Білгород-Дністровський), що дозволило збільшити довжину регенераційної ділянки в середньому до 10% (на 0,6 км), електропровідного кабелю КСПП-1х4х0,9,
КСПП –1х4х1,2 при швидкості передачі лінійного сигналу 2,048 Мбіт/с.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і списку використаної літератури. Загальний обсяг роботи становить 205 сторінок друкованого тексту, у тому числі 55 рисунків, 3 таблиці, список літератури (96 найменувань), 1 додаток, у якому представлено акт впровадження результатів дисертаційних досліджень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність запропонованих досліджень, наводиться короткий огляд відомих результатів за темою дисертації, а також
формулюються мета і задачі роботи, наукова новизна і практична цінність роботи, наведена її стисла характеристика.

У першому розділі – “Класифікація технологій хDSL і особливості традиційних регенераторів цифрових лінійних трактів” – наведена класифікація новітніх технологій симетричного (з однаковою швидкістю передачі цифрових потоків у зустрічних напрямках) хDSL-доступу й аналіз параметрів лінійних кодів систем хDSL-доступу: 2ВІQ; ТС-РАМ; САР-модуляції порівняно з традиційним кодом HDB-3 (КВП-3) та двійковим сигналом. Регенерація цифрових сигналів ЦСП-РDН і технологій хDSL здійснюється аналізом двійкового сигналу. Для подальшого дослідження параметрів регенераторів двопроводових систем передачі проаналізовано структуру лінійного тракту і функціональну схему регенератора традиційної ЦСП-PDH при посимвольному прийомі лінійного сигналу – двійкових і трирівневих (квазітрійкових) сигналів з пасивною паузою. Проаналізовано умови посимвольного прийому для методів: одноразового відліку; оптимальної фільтрації; квазіоптимального прийому; інтегрального методу.

З метою удосконалення традиційного аналогового інтегрального методу цифрового лінійного сигналу (ЦЛС) запропоновано використання швидкодіючої цифрової обробки символів.

При інтегральному посимвольному прийомі цифрового лінійного сигналу корисний сигнал на виході фільтра-інтегратора представлено виразом:

,

а ефективність інтегрального методу для одиночних символів оцінюється при використанні коефіцієнта передачі фільтра-інтегратора:

, (1)

де S(j) – спектральна щільність комплексних амплітуд ізохронної послідовності символів вхідного лінійного сигналу; u – інтервал інтегрування.

Кабельний лінійний тракт вносить значні міжсимвольні завади (МСЗ) з рівнем такого ж порядку, що і корисні символи, і виграш при інтегральному методі можна одержати, якщо знайти умови зменшення МСЗ на основі ймовірнісних критеріїв, чому і присвячені дослідження першого розділу.

Оцінка ефективності інтегрального методу здійснюється за ймовірністю помилкового прийому у відповідності з виразом, що збігається з відомою в теорії потенційної завадостійкості формулою ймовірності помилки при оптимальному прийомі сигналу:

, (2)

де Pu = – умовна середня потужність цифрового сигналу; A0 – амплітудне значення “1” символу; – спектральна щільність завади виду “білий” шум; – дисперсія випадкової завади N(t); Fn(x) – функція розподілу ймовірностей.

У залежності від виду завад і спотворюючих факторів, що знижують завадостійкість посимвольного прийому в регенераторах при флуктуаціях фази стробуючих імпульсів, порога прийняття рішення, тривалості одиночного символу, одержано вираз для середньої ймовірності помилкового рішення про прийом “1” символу в такому виді:

, (3)

де – випадковий момент появи стробуючого імпульсу; – випадковий
ізохронний інтервал появи “1” символу; – флуктуація тривалості синхронізуючих імпульсів; Uп – поріг прийняття рішень у вирішальному пристрої;
W2(, ) – двовимірна щільність імовірності, як функція величин і ; W() – одновимірна функція розподілу величини .

З урахуванням умов роботи розробленого методу передачі цифрових потоків по двопроводовій направляючій системі вираз (3) досліджується в
наступних розділах роботи з метою спрощення і доведення до інженерних розрахункових формул параметрів регенератора.

Таким чином, у першому розділі класифіковано версії симетричних хDSL-технологій двопроводових направляючих систем і проаналізовано основні характеристики і параметри лінійних сигналів хDSL-технологій зі швидкістю
доступу до 2,048 Мбіт/с; (2В1Q; ТС-РАМ; САР-модуляція) порівняно з традиційним кодом HDB-3 (КВП-3) й обґрунтовано ідентичність методів їхньої регенерації, тому що це стикувальні коди, а регенеруються символи двійкових кодів. Проаналізовано роботу пристроїв функціональної схеми традиційного регенератора ЦСП-ПЦІ. Представлено алгоритми процесів регенерації двійкових цифрових сигналів посимвольного прийому: одноразового відліку; оптимальної фільтрації; квазіоптимального прийому та інтегрального методу при впливі різних завад, які суттєво зменшують завадостійкість регенератора. Найбільш значними є завади МСЗ, що мають величину одного порядку з корисним сигналом. Вплив завад МСЗ, відхилення фази стробуючого імпульсу і рівня порога порівняння на завадостійкість регенерації враховано у виразі для середньої ймовірності пропуску одиночного символу.

Другий розділ – “Методи підвищення завадостійкості регенерації цифрових систем лінійних сигналів” – присвячено дослідженню основних характеристик регенератора за умови спільного впливу на завадостійкість регенерації коливань рівня порога прийняття рішення (РПР) і флуктуацій фази стробуючих імпульсів (ФСІ). Для кількісної оцінки завадостійкості теоретичних і практичних досліджень використано критерій розкриву ока-діаграми (РОД), сформованої шляхом суперпозиції в межах тактового інтервалу одиночних символів. Параметри прийнятого символу значною мірою залежать від довжини регенераційної ділянки. На прийняття рішення про черговий символ “нуль” або “одиниця”, що надходить, впливають певні фактори. Найбільш суттєвими з них є два.

Перший – фазові флуктуації хронуючого сигналу (стробуючого імпульсу), які обумовлені похибками роботи пристрою тактової синхронізації.

Другий – коливання рівня порога прийняття рішення (похибки формувача порога) або флуктуації регулювання системи АРУ регенератора.

Більше того, коливання РПР і флуктуації ФСІ – випадкові процеси між собою корельовані, оскільки тактову частоту і пороговий рівень одержують шляхом перетворень й усереднень робочого лінійного цифрового сигналу, що за своєю природою досить складний ізохронний випадковий процес, та флуктуації фази стробуючого імпульсу і коливання рівня порога прийняття рішення, цілком визначають РОД і отже, кількісно завадостійкість регенерації символів у цілому відповідними розрахунками.

Оцінка захищеності по параметрах розкриву ока-діаграми здійснюється за наступною розрахунковою формулою:

, дБ, (4)

де L – розкрив ока-діаграми в момент прийняття рішення (t0 = 0); D – дисперсія (потужність) завади на вході вирішального пристрою (ВП).

У результаті досліджень розроблено математичну модель аналогової частини ділянки регенерації, що включає кабельний контур, підсилювач-коректор і інтегратор (рис. 1).

Рис. 1. Передаточні функції аналогової частини ділянки регенерації:

Кк(f) – кабельний контур; H(f) – підсилювач-коректор; Кі(f) – інтегратор

Модель дозволяє врахувати ефект інтегрування за умови корекції “одиночного” символу з різною його тривалістю на вході ВП.

Для “одиночного” символу з формою близькою до дзвоноподібного на підставі тривалості не більше двох тактових інтервалів (2ТТ) АЧХ співпадає з косинусоїдальним законом у смузі частот 2F і надається виразами:

; (5)

де F – смуга частот, що дорівнює (0,7 ... 0,9)fт = fк; fт – тактова частота;
fк – гранична частота корекції (оптимізованого за складністю коректора); ТТ – тактовий інтервал.

Вираз (5) визначає коефіцієнт передачі аналогової частини ділянки регенерації в залежності від складності підсилювача-коректора.

Як правило, у кабельних лінійних трактах оптимізований за складністю коректор такий, що тривалість “одиночного” символу на вході РУ не перевищує 2 на підставі імпульсу. Крім того, ідеалізація, допущена в (5) вибором КT(f) = 0 вище fк = F, не коректна при розрахунку потужності теплового шуму.

З урахуванням вищезазначеного остаточні розрахункові вирази для АЧХ одержано в такому виді:

(6)

де Sп(f) – спектр сигналу на вході лінійного тракту; S1(f) – спектр сигналу на виході лінійного тракту.

Відповідно до аналізу характеристик сигналу і завад у часовій області за параметрами РОД на виході підсилювача-коректора проведено порівняльну
оцінку завадостійкості методів одноразового відліку та інтегрального. Критерієм оцінки прийнята різниця відношення сигнал/завада у точці прийняття рішення за умов рівності завад, діючих на виході кабельної пари, й однакових флуктуаціях синхросигналу та рівня порога прийняття рішення. Розрахунки виконано експериментальним моделюванням на вході інтегратора:

, дБ (7)

де Lп – максимальна амплітуда РОД при значеннях t = 0; L – поточна амплітуда РОД при значеннях t 0.

Виграш, одержаний за рахунок вмикання інтегратора в тракт ВП, оцінюється наступним виразом:

, дБ, (8)

де D (і = 0) – дисперсія завади на вході інтегратора; D (і = 1) – дисперсія завади на виході інтегратора.

Оцінка, здійснена для власних і перехідних завад, а також їх різних поєднань, у залежності від ширини смуги пропускання підсилювача-коректора і складає (2...8) дБ за оптимальних значень тривалості інтервалу інтегрування
і = (0,7...0,8) тактового інтервалу.

При експериментальному моделюванні залежності захищеності від точності установки фази стробуючих імпульсів для випадку корекції “одиночного” символу до тривалості за підставою 2 величина зменшення РОД визначалася виразом:

, дБ, (9)

де L(0) – амплітудне значення РОД при t0 = 0; L(t) – поточна амплітуда РОД при t = t0 t.

Для двійкового ІКМ-сигналу форма “одиночних” символів РОД відповідає такому виразу:

, (10)

де Um – максимальне значення “одиночного” символу в момент t0 = 0.

Відношення сигнал/завада в момент часу t буде мати такий вид:

, (11)

де Вд(t) – максимальна амплітуда розкриву ока-діаграми дворівневого (двійкового) ІКМ-сигналу при t0 = 0 (у виразі (7) – Lп загальне); uз – ефективне значення напруги завади.

РОД трирівневого (квазітрійкового) лінійного сигналу представлено таким виразом:

(12)

і, відповідно, відношення сигнал/завада в момент часу t залежить:

. (13)

Вирази (11) і (13) справедливі для оптимізованого за складністю підсилювача-коректора, при цьому “одиночний” символ займає два тактових інтервали за підставою.

Досліджено варіант корекції, коли тривалість “одиночного” символу за підставою не перевищує одного тактового інтервалу. Така корекція може забезпечувати більш надійну роботу пристрою тактової синхронізації регенератора.

Форма “одиночного” символу на виході підсилювача-коректора, у випадку тривалості ТТ за підставою, апроксимується виразом:

. (14)

При цьому відношення сигнал/завада в момент часу t становить:

. (15)

Вирази (13) і (15) дозволяють визначити максимально можливе відхилення моменту прийняття рішення від оптимального для РОД сигналів двійкового і квазітрійкового за однакової очікуваної завадостійкості.

На рис. 2 наведено залежності відношення сигнал/завада R від величини відсоткового зміщення моментів стробування для h0(t), hд(t), hТ(t),
де R – зниження відношення сигнал/завада; t – відносне зміщення моменту стробування; R0 – зниження відношення сигнал/завада при t0 = 0; RД – зниження відношення сигнал/завада для двійкового сигналу; RТ – зниження відношення сигнал/завада для квазітрійкового сигналу.

Вирази (13) і (15) дозволяють розрахувати очікувану завадостійкість. У цих виразах невідомий параметр “t” і при установленні його залежності від флуктуацій фази стробуючих імпульсів і рівня порога прийняття рішення одержані співвідношення, будуть формулами інженерних розрахунків.

Досліджено випадкові процеси флуктуацій ФСІ і РПР при первинному
визначенні меж флуктуацій ФСІ й РПР через прямокутну область допустимих значень (рис. 3). Деяка точка (наприклад, l) цієї області в кожне прийняття рішення (наприклад, i-е) є визначальним часовим моментом і рівнем спрацьовування компаратора вирішального пристрою регенератора.

Для нормування l і S до одиниці розглянуто випадок, коли інтервали змін ФСІ й РПР мають загальну частину (тобто Х(t) і Y(t) – взаємокорельовані). Для приведення інтервалів зміни цих процесів до одного нормованого масштабу
(l = S = 1) уведені константи С1 і С2 так, що

. (16)

Рис. 2. Залежності зниження захищеності

від точності установки фази стробуючих імпульсів

де Х(t) – випадковий імпульсний процес ФСІ з інтервалом l та ідеальним положенням ФСІ – Х0; Y(t) – випадковий імпульсний процес РПР з інтервалом S та ідеальним положенням РПР – Y0.

Обчислено змішаний другий початковий момент взаємокорельованих модулів величин ФСІ і РПР у такому виді:

, (17)

де – потужність “білого” шуму; – інтервал взаємокореляції процесів ФСІ і РПР.

Якщо = 0, то К0 = 0, тобто кореляція між ФСІ і РПР відсутня. Навпаки, при = 1, К0 = 2, що також цілком відповідає фізичному значенню коефіцієнта кореляції двох випадкових величин.

На підставі аналітичних досліджень одержано новий випадковий процес, в якому коефіцієнт відіграє роль взаємного впливу каналів формування рівня порога рішення і тактової синхронізації регенератора,

, (18)

де – флуктуації фази стробуючих імпульсів; – флуктуації порогу прийняття рішення; – коефіцієнт кореляційного зв'язку між .

Таким чином, у другому розділі кількісно визначено спільний вплив на завадостійкість регенерації коливань порогу прийняття рішень і флуктуацій фази стробуючих імпульсів. Це відповідно дозволяє уточнити основні параметри цифрового лінійного тракту (наприклад, довжину регенераційної ділянки). Одержані аналітичні вирази доведено до інженерних розрахункових формул які дозволяють більш достовірно розрахувати захищеність на вході вирішального пристрою регенератора і довжину регенераційної ділянки.

Третій розділ – “Дослідження пристрою тактової синхронізації лінійного сигналу регенераторів ЦСП” – присвячено технічній реалізації пристрою тактової синхронізації (ТС) замкненого типу з фазовим автопідстроюванням частоти (ФАПЧ) , в контурі зворотного зв’язку керованого генератора та логічних цифрових швидкодіючих елементів.

Одним з найбільш серйозних недоліків цифрового лінійного тракту з великим числом регенеративних трансляцій є властивість нагромадження фазових флуктуацій, внаслідок чого знижується завадостійкість будь-якого методу посимвольного прийому і тим самим зводяться до мінімуму всі переваги цифрових методів передачі інформації.

Відомі структурні схеми ТС можна поділити на розімкненого
і замкненого типів.

Історично склалося так, що ТС розімкненого типу застосовувалися першими в регенераторах ЦСП і мають ряд недоліків, що зазначено в багатьох наукових роботах. На основі аналізу недоліків традиційної системи ТС – фільтрового розімкненого типу з метою одержання інженерних розрахункових формул оцінки параметрів: дисперсії фази керуючого генератора; ймовірності зриву режиму стеження; характеристик входження й утримання синхронізму, досліджено пристрій тактової синхронізації замкненого типу (який має ряд суттєвих переваг).

ТС замкненого типу потребує високої швидкодії комутаційних елементів, тому їхня відома реалізація в аналоговому виді неприйнятна, і потрібна реалізація на швидкодіючих цифрових логічних елементах, час перемикання яких не перевищує 3-7 нс (наприклад ІМС – К531), що складе для первинних цифрових потоків передачі (0,6…1,5)% від тривалості тактового інтервалу.

Для роботи шкидкодіючих комутаційних елементів на вході інтегратора необхідно різнецевий сигнал схеми порогового пристрою перетворити в імпульсну послідовність, яка буде характеризуватися флуктуаціями переднього та заднього фронту в залежності від рівня завад. Задача комутаційних елементів полягає в розділені імпульсної послідовності різнецового сигналу порогового пристрою на дві послідовності які після інтегрування та порівняння забезпечують вибір моменту стробування в центрі імпульсів різнецового сигналу з фронтами спотвореними завадами.

Для дослідження пристрою ТС замкненого типу ізохронний цифровий сигнал лінійного тракту пропонується представити в такому виді:

, (19)

де – частота і, відповідно, фаза розкладання в ряд Фур'є символу – носія інформації ; аn – амплітудні значення символів; М – кількість ехо-сигналів.

Дослідження засноване на теорії кореляційного аналізу, оскільки це
дозволяє успішно застосовувати пряме (не імітаційне) моделювання, а, головне дає можливість наочно інтерпретувати всі результати у векторному поданні.

ТС замкненого типу містить два канали перемножування – синфазний і квадратурний, що подаються виразами такого виду:

, (20)

де – нормуючий множник; – номер гармоніки відповідної проекції X або Y.

Дослідження системи ФАПЧ полягає в складанні стохастичного
диференційного рівняння.

Якщо позначити вплив на вході ТС через Z(t):

Z(t) = G{t, , [Sn(t) + (t)]}, (21)

де (t) – флуктуаційна завада; – частота флуктуації фази (поточне значення відхилення частоти керованого генератора); G{х} – функція розподілу,
тоді стохастичне диференційне рівняння набуде виду:

, (22)

де КІ – коефіцієнт передачі інтегратора з урахуванням параметрів керованого генератора.

Таким чином параметри регенератора з ФАПЧ замкненого типу можна
визначити за допомогою рівняння (22). У результаті наближеного розв’язання знайдено основні характеристики ТС замкненого типу: статистичних моментів розподілу фази синхронізму; часу входження в синхронізм; часу утримання
частоти при довгих серіях у двійковому сигналі; ймовірності зриву стеження;
коефіцієнта пасивних пауз. Одержано кількісні результати у виді інженерних розрахункових формул надто очевидні для чотирипроводових ЦСП плезіохронної цифрової ієрархії, а їхнє впровадження у двопроводових системах абонентського доступу потребує розробки досконалих методів розподілу зустрічних напрямків передачі, чому і присвячується четвертий розділ дисертації.

У четвертому розділі дисертації – “Розробка принципів і реалізація методів розподілу зустрічних напрямків передачі двопроводових ліній зв'язку” –
з урахуванням підвищення ефективності і завадостійкості передачі цифрової інформації по двопроводових направляючих системах ТМЗК проаналізовано методи організації дуплексної (зустрічної) передачі: часового (пакетно-часовий розподіл – ПЧР); частотного; мостового (з дифсистемами); ехокомпенсаційного і запропоновано метод дисперсійно-мостового розподілу (ДМР).

Раніше відомі методи розподілу зустрічних напрямків передачі мають недоліки: скорочення довжини регенераційної ділянки за рахунок збільшення лінійної швидкості передачі при збереженні якості передачі інформації; низьку завадозахищеність і складність технічних рішень обробки сигналів.

В основу запропонованого методу ДМР покладено принцип підтримки необхідних фазових співвідношень між переданим і прийнятим цифровими
потоками, так щоб одиночні символи прийому попадали у вільні проміжки
(паузи) переданого сигналу, при цьому взаємовплив буде незначний. З цією
метою на кожній регенераційній ділянці здійснюється адаптація часу розпов-сюдження сигналу внаслідок автопідстроювання частоти місцевого генератора
та установленням різниці фаз між зустрічними цифровими потоками 180 градусів (тобто половина тактового інтервалу). Така умова буде виконуватися при
дотриманні співвідношення кратності часу розповсюдження цифрових
сигналів по лінії зв'язку (регенераційній ділянці) і тривалості тактового інтервалу, тобто

, (23)

де tp – час розповсюдження цифрового сигналу по направляючій системі
(це проміжок часу від моменту появи центра одиночного символу на виході передавача до моменту появи максимального значення цього ж одиночного символу на вході вирішувального пристрою приймача); n – ціле число, що залежить від затримки сигналів на регенераційній ділянці.

Отже, час розповсюдження tp повинен дорівнювати непарному числу
напівтактових інтервалів.

Структурна схема дуплексного лінійного тракту запропонованого методу ДМР наведена на рис. 4, а часові діаграми на рис. 5. На основі структурної схеми пристрою розподілу зустрічних напрямків передачі з автопідстроюванням
частоти проаналізовано його недоліки і запропоновано пристрій ДМР з автопідстроюванням фази місцевого генератора.

Запропонований метод ДМР передбачає уведення у двопроводову систему адаптивної лінії затримки, яка установлює співвідношення (23). Часовими діаграмами рис. 5 і структурною схемою дуплексного лінійного тракту рис. 4, пояснюються процеси, що відбуваються в тракті передачі й автоматично регульованої лінії затримки, тобто фізичну суть методу ДМР, запропонованого в дисертаційній роботі.

Прикінцева станція ПC А8 (рис. 4) містить регенератори передачі 9 і
прийому 10, й аналогічно їм на проміжній станції ПрС 11 (двосторонньому
регенераторі), а також на прикінцевій станції ПС В12 дуплексного цифрового
лінійного тракту. Кожна зі станцій системи – прикінцева ПС А8, проміжна ПрС 11 і прикінцева ПС В12 для розподілу зустрічних напрямків передачі використовує однакові диференційні системи 13. Крім того, в одному з напрямків передачі (наприклад, від станції А до станції В), увімкнено на усіх станціях тракту однакові часові дискримінатори 14 і регульовані лінії затримки 15.

Рис. 4. Структурна схема лінійного тракту дуплексної ЦСП (метод ДМР)

Рис. 5. Часові діаграми методу ДМР

Аналіз роботи запропонованого методу ДМР проведено за оцінкою завадостійкості, тобто ймовірності оптимального прийому

P(a > Z) = Хі + kYі, (24)

де Хі – випадкові значення (перетину) флуктуацій фази стробуючих імпульсів; Yі – випадкові значення (перерізу) флуктуації рівня порога рішення; k – деякий дійсний параметр; Z – заданий рівень порогу вирішення.

У роботі визначено числові характеристики випадкових значень флуктуацій фази стробуючих імпульсів і коливань рівня порога вирішення у залежності від дисперсії величин Хі та Yі.

Кінцевий вираз імовірності помилкового прийому символів лінійного сигналу за наявності перехідних завад через дифсистему має вид:

, (25)

де F{z} – функція Лапласа; r – коефіцієнт кореляції фази стробуючого імпульсу і рівня порогу рішення; RC – постійна часу усереднення інтегратора.

Таким чином, застосування запропонованого методу ДМР дозволило підвищити захищеність сигналів зустрічних напрямків передачі, вираз (25) дозволяє розрахувати щільність потоку помилкових рішень або ймовірність помилки одного одиночного символу за наявності перехідних завад через розподіляючий шестиполюсник (диференційну систему).

У висновках наведено основні результати поданої дисертаційної роботи:

1. Класифіковано технології симетричного хDSL-доступу двопроводових направляючих систем електропровідного кабелю та ідентифіковано методи прийому перекодованих цифрових лінійних сигналів хDSL-технологій і традиційних ЦСП плезіохронної цифрової ієрархії (ПЦІ – PDH).

2. Удосконалено алгоритм інтегрального прийому за рахунок логіки цифрової обробки одиночних символів, що забезпечує більш високу завадостійкість, порівняно з методом одноразового відліку в умовах міжсимвольних завад рівня одного порядку з корисним сигналом.

3. Отримано інженерні розрахункові формули для визначення параметрів регенераторів в умовах впливу адитивних і міжсимвольних завад, наприклад, довжини регенераційної ділянки.

4. Розроблено і впроваджено пристрій тактової синхронізації з фазовим автопідстроюванням частоти, що забезпечує збільшення довжини регенераційної ділянки без зміни якості передачі інформації.

5. Досліджено методи побудови дуплексних двопроводових кабельних цифрових лінійних трактів. Запропоновано новий спосіб і пристрій на основі дисперсійно-мостового розподілу, що дозволяє вирішити проблеми впро-вадження ЦСП-ПЦІ на існуючій низовій (абонентській) двопроводовій телефонній мережі загального користування.

Основні матеріали дисертаційної роботи опубліковано в таких наукових працях:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Хижняк О.А. Дослідження параметрів регенераторів двопроводових дуплексних систем симетричного доступу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 – телекомунікаційні системи і мережі. – Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова, Одеса, 2004.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню на основі аналітичного та експериментального моделювання параметрів регенераторів систем симетричного xDSL-доступу дуплексних двопроводових направляючих систем телефонної мережі загального користування (ТМЗК); класифіковано системи симетричного xDSL-доступу і виконано порівняльний аналіз прийому стикувальних лінійних кодів: 2BIQ; ТC-PAM; CAР-модуляції та HDB-3 систем плезіохронної цифрової ієрархії (ПЦІ); обґрунтовано ідентичність дослідження параметрів регенераторів систем xDSL-доступу та ПЦІ; досліджено аналітичним і експериментальним моделюванням інтегральний спосіб посимвольного прийому цифрового сигналу в умовах флуктуації фази стробуючих імпульсів та рівня порога прийняття рішення, дослідження доведено до одержання інженерних розрахункових формул; досліджено пристрої синхронізації розімкненого і замкненого типів з фазовою автопідстройкою частоти; розроблено структурні і функціональні схеми регенераторів, що працюють в умовах корекції “одиночних” символів до тривалості дво- і однотактового інтервалу по підставі; проаналізовано методи розподілу напрямів передачі цифрових сигналів по двопроводових електропровідних багатопарних кабелях ТМЗК та запропоновано і аналітично досліджено спосіб дисперсійно-мостового розподілу, оснований на адаптації фазових співвідношень між зустрічними цифровими потоками з кратністю напівтактового інтервалу, дослідження доведено до оцінки якості передачі інформації за ймовірністю помилкового прийому.

Ключові слова: модернізація мережі зв'язку; системи xDSL-доступу симетричні; двопроводові направляючі системи; завадостійкість; одноразовий посимвольний прийом; інтегральний метод; пристрій синхронізації; фазова автопідстройка частоти; фаза стробуючих імпульсів; поріг прийняття рішення; способи розподілу напрямів передачі; дисперсійно-мостовий розподіл (ДМР); розкрив око-діаграми (РОД); структурні, функціональні схеми; діаграми роботи; аналітичне і експериментальне моделювання; регенератор; ймовірність помилки.

Хижняк А.А. Исследование параметров регенераторов двухпроводных дуплексных систем симметричного доступа. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 – телекоммуникационные системы и сети. –
Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, 2004.

Диссертационная работа посвящена исследованию параметров регенераторов систем симметричного доступа дуплексных двухпроводных.

Классифицированы новейшие технологии симметричного (с одинаковой скоростью передачи цифровых потоков во встречных направлениях) дуплексного xDSL-доступа по двухпроводным направляющим системам многопарных электропроводных кабелей телефонной сети общего пользования (ТСОП) и приведен сравнительный анализ приема стыковочных линейных кодов: 2BIQ;
ТC-PAM; CAP-модуляции и HDB-3, обоснована идентичность регенераторов цифровых сигналов систем xDSL-доступа и традиционных систем плезиохронной цифровой иерархии.

Усовершенствован интегральный метод поэлементного приема символов цифрового сигнала, обеспечивающий помехоустойчивость выше помехоустойчивости однократного поэлементного отсчета в условиях действия аддитивных и мультипликативных помех. Алгоритмическую модель исследования подтверждено экспериментальным моделированием интегрального метода и аналитические соотношения оценки помехоустойчивости доведены до инженерных расчетных формул.

Исследованы устройства синхронизации (УС) и предложено УС замкнутого типа с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ), обеспечивающее высокую помехоустойчивость систем симметричного xDSL-доступа дуплексных двухпроводных при условии увеличения длины регенерационного участка электропроводной направляющей системы многопарного кабеля ТСОП. Аналитические исследования проведены в условиях колебаний фазы стробирующих импульсов и уровня порога принятия решения о значениях символов принимаемого цифрового сигнала.

Предложены структурная и функциональные схемы регенераторов и рассчитаны их параметры в условиях коррекции “единичных” символов до длительности двух- и однотактовых интервалов по “основанию” при оценке защищенности на входе решающей схемы регенератора по раскрыву глаз-диаграммы (РГД).

Проанализированы методы разделения цифровых потоков встречных направлений передачи в двухпроводных направляющих системах, предложен и аналитически исследован метод дисперсионно-мостового разделения (ДМР), заключающийся в поддержании требуемых фазовых соотношений между цифровыми потоками встречных направлений передачи адаптивной регулируемой линией задержки, включенной в двухпроводную направляющую систему и
поддерживающей кратность полутактовому интервалу время распространения линейных сигналов по регенерационному участку. Исследование доведено до получения оценки достоверности приема по вероятности ошибки.

Ключевые слова: модернизация сети связи; системы xDSL-доступа симметричные; двухпроводные направляющие системы; помехоустойчивость; однократный поэлементный прием; интегральный метод; устройство синхронизации; фазовая автоподстройка частоты; фаза стробирующих импульсов; порог принятия решения; методы разделения направлений передачи; дисперсионно-мостовое разделение (ДМР); раскрыв глаз-диаграммы (РГД); структурные, функциональные схемы; диаграмма работы; экспериментальное, аналитическое моделирование; регенератор; вероятность ошибки.

Hizniak O.A. Research of parameters of purifiers two wire duplex systems of symmetric access. – The manuscript.

Dissertation operation on obtaining of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.12.02 – telecommunication systems and networks. – The Odessa national academy of link by him. A.S. Popov, Odessa, 2004.

Dissertation the operation is devoted to research on the basis of analytical and numerical modeling of parameters of purifiers of systems of symmetric xDSL-access of duplex 2 wire guides of systems of a telephone network of common use; it is offered classification of systems of symmetric xDSL-access and the comparative analysis of line codes is fulfilled: 2BIQ; ТC-PAM; CAР-modulations and HDB3 of systems of plesiochronous digital hierarchy (PDH), the identity of research of parameters of purifiers of systems of xDSL-access and PDH is justified; it is offered and the way of accumulation is researched