Український науково-дослідний інститут зв’язку

Нетудихата Леонід Іванович

УДК 621.391.662.072

Підвищення показників якості

систем фазового автопідстроювання

пристроїв синхронізації

в телекомунікаціях

05.12.13 – Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Державному університеті інформаційно–комунікаційних технологій (ДУІКТ) Державного комітету зв’язку та інформатизації України

Науковий керівник: Заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, професор

Стеклов Василь Купріянович,

завідувач кафедри інформаційних технологій ДУІКТ

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Зайцев Григорій Фролович,

провідний науковий співробітник Українського

науково-дослідного інституту зв’язку

кандидат технічних наук, доцент

Андреєв Анатолій Іванович,

доцент Одеської національної академії зв’язку ім.О.С. Попова

Провідна організація: Відкрите акціонерне товариство “Науково-виробниче

підприємство “Сатурн” (м. Київ).

Захист відбудеться 06 лютого 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К26. 849. 01 Українського науково-дослідного інституту зв’язку Державного комітету зв’язку та інформатизації України за адресою: 03680, м.Київ, вул. Солом’янська, 13.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Українського науково-дослідного інституту зв’язку за адресою: 03680, м.Київ, вул. Солом’янська, 13.

Автореферат розісланий 02 січня 2004 р.

Вчений секретар Михайлов В.Ф.

спеціалізованої вченої ради

К 26. 849. 01, к.т.н., с.н.с

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Технологічна революція на межі двадцятого та двадцять першого сторіч забезпечила передумови переходу людства до принципово нової фази свого розвитку – інформаційного суспільства. Це стає можливим завдяки поступовому створенню національних, регіональних та глобальної інформаційних інфраструктур, важливою складовою частиною яких є телекомунікації. Розвиток мереж та послуг телекомунікацій визначає можливість реалізації завдань інформатизації.

Одним із найвідповідальніших завдань операторів сучасних цифрових телекомунікаційних мереж є побудова загальнонаціональної мережі синхронізації для забезпечення синхронного режиму роботи великої кількості технічних засобів, розосереджених на великих територіях. Вирішення цього завдання набуває особливого значення з впровадженням нових і новітніх технологій цифрового перетворення та перенесення інформації, різкого зростання швидкості передавання, інтелектуалізації мереж, підвищення вимог до якості послуг телекомунікацій. Особливо названа проблема стосується домінуючих операторів, які експлуатують більшу частину або великі фрагменти загальнонаціональної мережі. На них покладається завдання не тільки створити взаємозв'язану надійну та високостабільну опорну мережу джерел (генераторів) частоти синхронізації, але також і завдання контролю і управління цією мережею, забезпечення доставки опорних сигналів синхронізації в мережі інших операторів без погіршення якості синхронізації, і, значить, без погіршення якості телекомунікаційних послуг, що надаються користувачам .

У вирішення проблем синтезу різноманітних автоматизованих систем управління, суміжних проблем побудови систем синхронізації і управління ними, розвиток теорії оптимізації та теорії інформації значний науковий внесок зробили вітчизняні та зарубіжні вчені В. Н.Афанасьєв, В.І. Борщ, В.Н.Волкова, Є.Д.Вітербі, В.М.Глушков, М.І.Жодзишський, Г.Ф.Зайцев, М.В.Захарченко, А.Г.Зюко, В.Г.Лазарев, Д.Мако, Г.С.Поспелов, В.К.Стеклов, А.Д.Холл, В.В.Шахгільдян, К.Шеннон, Л.Янг та інші.

Разом з тим слід зазначити, що в умовах розмаїття телекомунікаційних та інформаційних технологій, їх швидкого прогресу та конвергенції, різноманітності типів та розгалуженості мереж, зростаючого попиту користувачів на нові послуги та підвищення вимог до їх якості, конкуренції на ринку телекомунікацій тощо виникають усе нові й нові задачі, пов'язані з підвищенням якості синхронізації - від загальномережних та загальнооператорських задач побудови ефективної національної системи синхронізації, пов'язаних з побудовою надійних, ефективних, гнучких структур, до підвищення надійності, точності, швидкодії окремих компонентів системи. Серед цих компонентів найбільш поширеними є системи фазового автопідстроювання (ФАП),на яких базується побудова національної системи синхронізації.

Системи ФАП широко використовуються при демодуляції цифрових ФМ сигналів, в частотних синтезаторах, де за допомогою ФАП полегшується вирішення задачі стабільності частоти і спектральної чистоти вихідного коливання; при побудові регенеративних дільників і помножувачів частоти, де шляхом побудови вузькосмугової замкненої ФАП з опорного сигналу, спотвореного завадами, можна одержати порівняно вільний від джитера субгармонійний когерентний сигнал; при розробці схем фільтрації спектральної складової сигналу на фоні шумів; при побудові високодобротних і смугових загороджувальних фільтрів з відстежувальною настройкою за середньою частотою; при побудові систем когерентної фазової або частотної модуляції; при управлінні фазованими антенними ришітками і побудові когерентних дальномірних систем; у підсилювачах для усунення фазових набігів. Методи фазової синхронізації широко використовуються в системах ІКМ для виділення тактового сигналу безпосередньо з інформаційної послідовності, що передаєтья; в апаратурі передавання даних, а також для стабілізації частот генераторів.

Як випливає з вищевикладеного, системи ФАП є одними з найпоширеніших в техніці зв’язку. Від показників якості ФАП багато в чому залежить ефективність системи зв'язку, вірність переданої від джерела до одержувача інформації тощо.

Основними показниками системи ФАП є точність в усталених режимах і швидкодія. Тому тема дисертаційної роботи, присвяченої вирішенню задачі підвищення основних показників якості системи ФАП, є особливо актуальною.

У відомій науково-технічній літературі вирішення задач підвищення точності і швидкодії систем ФАП у класі систем із принципом керування за відхиленням мають істотний недолік, який полягає у тому, що зміна параметрів замкненого контуру системи ФАП у напрямку зменшення фазової похибки призводить до збільшення тривалості перехідного процесу і до зменшення запасу стійкості. Тому при виборі параметрів замкненого контуру системи ФАП необхідно приймати компромісне рішення, яке б задовольняло необхідним точності та стійкості.

В ряді випадків поліпшення показників якості системи ФАП можливо досягнути шляхом запису сигналу в даний момент часу і зчитування його на наступному тактовому інтервалі п разів, але це пов'язано з появою додаткових спотворень, що виникають в пристроях запису–відтворення. Наявність п гілок для паралельної обробки інформації істотно ускладнює конструкцію системи ФАП.

В ряді робіт вирішується задача підвищення точності та швидкодії в класі комбінованих систем ФАП, систем ФАП з диференціальними зв'язками, а також в класі ітераційних систем ФАП. Однак розроблені системи ФАП вказаних класів в багатьох випадках є достатньо складними в реалізації.

Застосування адаптивних систем ФАП, що містять канали грубого і точного настроювання, також не вільне від основного недоліку, властивого системам ФАП з керуванням за відхиленням.

Проте, незважаючи на недоліки, властиві системам ФАП із принципом керування за відхиленням, і велику кількість робіт, присвячених їхньому дослідженню, багато важливих наукових та практичних питань щодо застосування систем ФАП у техніці телекомунікацій ще не досліджено.

Практично не досліджені двозв’язані системи ФАП. Не вирішені питання підвищення точності двозв’язаних ФАП при детермінованих повільно змінюваних та випадкових задавальних діяннях й збуреннях. Не вирішені завдання побудови оптимальних та квазіоптимальних за швидкодією двозв’язаних систем ФАП в пристроях синхронізації систем зв’язку. Не вирішено завдання розробки методик синтезу пристрою управління оптимальних та квазіоптимальних двозв’язаних систем ФАП. Не розроблена методика синтезу параметрів оператора зв’язку із умови компенсації початкових значень повільно загасаючих компонент перехідної складової фазової похибки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрямок досліджень безпосередньо пов'язаний з напрямками науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт, що провадились протягом 1996-2002 років в Українському науково-дослідному інституті зв'язку та в Київському інституті зв'язку Української Державної академії зв'язку ім. О.С. Попова (нині – Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій) відповідно до тематичних планів, затверджених Державним комітетом зв'язку та інформатизації України. Основні теми: "Розробка проекту дослідного фрагменту пілот-мережі АТМ" (держ. реєстр. №0199U003098); "Концепція побудови та структурна схема мережі синхронізації України (держ. реєстр. №0101U004808); "Розробка та впровадження пристрою сигналів синхронізації і звіряння частот цифрових та аналогових систем передачі первинної магістральної мережі ВАТ "Укртелеком" (держ. реєстр. №0102U004874); "Експериментальні дослідження та розробка системи розподілу сигналів синхронізації і звіряння частот цифрових та аналогових систем передачі первинної магістральної мережі ВАТ "Укртелеком" (держ. реєстр. №0102U004870), в яких використані результати роботи автора.

Мета та завдання дослідження. Метою роботи є підвищення точності та швидкодії двозв’яза-них систем фазового автопідстроювання в пристроях синхронізації телекомунікаційних систем.

Об’єктом досліджень є двозв’язані системи фазового автопідстроювання в пристроях синхронізації телекомунікаційних систем, а предметом досліджень є їх показники якості – точність в синхронних режимах при детермінованих та випадкових задавальних діяннях і збуреннях та швидкодія. Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі:

- виконання порівняльного аналізу різних структур пристроїв синхронізації і визначення шляхів побудови двозв’язаних систем ФАП високої точності та швидкодії;

- розробка методик синтезу цифрових основних та коригуючих систем ФАП (ОСФАП, КСФАП) і зв’язку між ними із умови підвищення точності в синхронних режимах при детермінованих та випадкових задавальних діяннях та збуреннях за умови фізичної реалізації коригуючих пристроїв;

- розробка нових структур оптимальних та квазіоптимальних двозв’язаних систем ФАП і методик синтезу пристрою управління при різних видах диференціальних рівнянь, які описують систему;

- розробка нових структур оптимальних і квазіоптимальних систем ФАП з урахуванням обмежень на похідні.

Методи дослідження. В роботі використані: методи моделювання на цифрових ЕОМ; спектральний і операторний методи рішення неоднорідних диференціальних рівнянь; методи теорії інваріантності та чутливості; теорія дискретних (цифрових) систем управління; теорія оптимального управління та випадкових процесів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у такому:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, виведених в роботі, досягаються ретельним багатостороннім системним аналізом реально існуючих процесів у сфері телекомунікацій взагалі та в об'єкті дослідження зокрема, коректним використанням методів досліджень та математичного апарату, підтверджуються результатами аналітичних доведень через математичні перетворення, результатами експериментальної перевірки та моделювання на ЕОМ та практичними результатами, які відображені в актах впровадження.

Наукове значення роботи. Наукові положення, отримані в дисертаційній роботі, є наступним кроком у розвитку теорії систем фазового автопідстроювання і пристроїв синхронізації в телекомунікаціях, а їх застосування при розробці і впровадженні конкретних каналів зв’язку і пристроїв синхронізації дозволяє підвищити їх якість і, значить, якість телекомунікаційних послуг.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи знайшли практичне застосування в науково-дослідних та дослідно-конструкторських роботах і впроваджені Українським науково-дослідним інститутом зв'язку, в навчальних посібниках, які використовуються в учбовому процесі Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій, що підтверджується актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі особисто автором проведені наступні дослідження і одержані такі результати: розробка та дослідження нових структур цифрових та аналогових двозв’язаних систем ФАП та запропоновані методики синтезу КСФАП і зв’язку між КСФАП і ОСФАП із умови підвищення точності ОСФАП в усталених режимах; запропоновані нові структури оптимальних та квазіоптимальних за швидкодією двозв’язаних систем ФАП та запропоновані методики синтезу пристрою управління. У співавторстві із співробітниками кафедри інформаційних технологій ДУІКТ на ЕОМ проведені експериментальні дослідження систем ФАП, які використовуються в синхронних системах передавання інформації.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення і результати експериментальних досліджень були висвітлені на науково-технічних конференціях професорсько-викла-дацького складу і наукових співробітників Одеської національної академії зв’язку ім. О.С. Попова (2000-2002 р.р.); на науково-методичних конференціях Київського інституту зв’язку (1999–2001 р.р.); на 1–му Міжнародному форумі “Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку” (Харків, АНПРЕ, ХНУРЕ, 2002 р.); на міжнародних науково-практичних конференціях “Системы и средства передачи и обработки информации”, (Одеса, ОНАЗ ім. О.С. Попова, 2000–2002 р.р.); на ювілейній науково-практичній конференції, присвяченій 10-річчю УНДІРТ (Одеса, 2003 р.); на 6-й міжнародній науково-практичній конференції “Еволюція транспортних мереж телекомунікацій” (Ялта, 2003 р); на 2-й міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми управління мережами та послугами телекомунікацій в умовах конкурентного ринку”(Ялта, 2003 р).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи одноосібно або у співавторстві опубліковано 27 основних наукових праць, в тому числі: 1 монографію (у співавторстві з проф. Стекловим В.К.), 5 навчальних посібників (1 – одноосібно), 15 статей у виданнях, затверджених ВАК України (11 – одноосібно), 6 матеріалів доповідей на науково-технічних конференціях (3 – одноосібно).

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 219 сторінок друкарського тексту, який у тому числі містить 133 сторінки основного тексту, 50 сторінок з рисунками (46) та таблицями (4), 14 сторінок списку використаних джерел (177 найменувань), та 22 сторінки додатків.

Положення, що виносяться на захист:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета, об’єкт, предмет та методи дослідження, перераховані основні наукові результати дисертації, викладена їх коротка характеристика.

Головна ідея, методи вирішення поставлених наукових задач, їх порівняльні оцінки, загальна методика проведення досліджень щодо побудови двозв’язаних систем фазового автопідстроювання високої точності та швидкодії для пристроїв синхронізації каналів зв'язку послідовно розкриті у чотирьох розділах та додатку.

Перший розділ присвячений розкриттю загальних підходів до синтезу технічних рішень пристроїв синхронізації в телекомунікаціях, зокрема систем фазового автопідстроювання. Розглянуті режими примусової та взаємної синхронізації, наведені основні терміни та визначення і математична модель системи синхронізації. При впровадженні цифрових методів передавання інформації, які поліпшують якість зв'язку, необхідно відмовитись від незалежних пристроїв синхронізації в вузлах мережі, тобто вводяться ведучі пристрої синхронізації та пристрої, які працюють в режимі слідкування за ведучими (так називані ведені пристрої синхронізації).

Розглянуто, з точки зору синхронізації, цифрові центри комутації в транспортному оточенні PDH та транспортна мережа SDH. Показано, що мережі синхронізації в транспортному оточенні PDH не розроблялись таким чином, щоб мінімізувати власний шум веденого пристрою синхронізації, а в транспортному оточенні SDH саме він є параметром, який підлягає нормуванню.

В розділі викладені загальні вимоги до систем і пристроїв синхронізації та управління ними, наведений порівняльний аналіз критеріїв оптимізації систем ФАП, які є основою побудови пристроїв і систем синхронізації. Розглянуто критерії: максимальної швидкодії; інтегральний критерій якості перехідних процесів; узагальнений інтегральний критерій; аналітичне конструювання регуляторів.

Задачу управління в системах ФАП доцільно вирішувати за допомогою принципу максимуму Л. С. Понтрягіна. Розглянуто особливості застосування принципу максимуму в системах ФАП. На основі порівняльного аналізу різних пристроїв синхронізації вказано на необхідність підвищення точності та швидкодії систем ФАП.

Другий розділ присвячений підвищенню точності цифрових і неперервних систем ФАП в синхронних (усталених) режимах при детермінованих та випадкових задавальних діяннях і збуреннях в класі двозв’язаних систем ФАП пристроїв синхронізації систем телекомунікацій.

В комбінованих системах ФАП сигнали розімкнених компенсуючих каналів управління одержують за допомогою частотного або фазового дискримінаторів, які включають на вході системи ФАП. Однак одержання сигналів другої і більш високих похідних по задавальному діянню (різниці фаз двох порівнюваних по фазі напруг однакової частоти) потребує застосування складних пристроїв: пасивних диференціюючих з проміжним посиленням; операційних підсилювачів постійного струму зі зворотним зв’язком; схем підсилювачів з позитивним зворотним зв’язком, близьким до критичного. В роботі показано, що в якості джерела похідних доцільно використовувати коригуючу систему ФАП (КСФАП), яка функціонує від загального задавального діяння з основною системою ФАП (ОСФАП). Вхідним діянням такого диференціатора є задавальне діяння , а вихідним – сигнал похибки КСФАП, оскільки сигнал похибки містить всі похідні від задавального діяння. Вказаний спосіб побудови двозв’язаної системи дозволяє не тільки забезпечити усунення ряду складових фазової похибки ОСФАП, але й покращити показники якості перехідного процесу.

Функціональна схема двозв’язаної системи ФАП зображена на рис. , а. Двозв’язана система ФАП складається з двох систем КСФАП і ОСФАП та зв'язку між ними. На входи 1 та 2 системи надходять задавальна і керуєма напруги. Різниця фаз напруг є задавальним діянням, яке вимірюється за допомогою фазового дискримінатора ФД1. Для перетворення косинусної статичної характеристики ФД1 (а також ФД2 і ФД3) використовується елемент постійного запізнювання на .

Замкнений контур КСФАП складається з елемента порівняння ЕП1, фільтра нижніх частот Ф1, підсилювача–перетворювача ПП1, інтегратора І та фазообертача ФО1. Для зміни фази напруги на додатковий вхід ФО1 надходить управляючий сигнал . Для вимірювання керованої величини (різниця фаз вхідної і вихідної напруг ФО1).

ОСФАП складається з аналогічних елементів: ЕП2, Ф2, ПП2, І, ФО2 та ФД3, який використовується для вимірювання керованої величини . КСФАП і ОСФАП зв’язані між собою коригуючим пристроєм КП.

а

б

в

Рис. 

Структурна схема двозв’язаної системи ФАП зображена на рис. , б. Рівняння її елементів визначаються виразами:

, (1)

де , - оператор КСФАП відносно похибки; ; ; - оператор коригуючого пристрою зв'язку ; .

Виключаючи з (1) проміжні змінні, одержуємо рівняння ОСФАП відносно похибки

. (2)

Рівнянню (2) відповідає також структурна схема комбінованої ОСФАП (рис. , в). В зв'язку з тим, що двозв’язана система (рис. , а, б) і комбінована ОСФАП (рис. , в) описується однаковими диференціальними рівняннями, то вони є еквівалентними. При цьому в двозв’язаній системі просто вирішується задача одержання похідних високого порядку за задавальним діянням.

Передавальна функція ОСФАП відносно похибки дорівнює

, (3)

де ; (4)

- відповідні коефіцієнти похибки ОСФАП; .

Умови усунення відповідних складових фазової похибки ОСФАП мають вигляд:

. (5)

При усувається статична складова фазової похибки ОСФАП; при усувається складова похибки, зумовлена швидкістю зміни задавального діяння (частотою).

Запропонована методика синтезу параметрів КСФАП та зв'язку між КСФАП і ОСФАП з умови підвищення порядку астатизму ОСФАП при врахуванні умов фізичної реалізації КП. Запропонована програмна реалізація КСФАП і КП.

В розділі викладено методику синтезу ОСФАП із умови одержання мінімуму середньоквадратичної похибки з урахуванням умов фізичної реалізації оператора зв'язку для випадку, коли на вхід системи надходить корисний сигнал з накладеною завадою. Показано, що критерії СКП для оцінки точності комбінованої ОСФАП може бути прийнятий з більшим підґрунтям, чим для оцінки точності ОСФАП з управлінням за відхиленням.

Параметри чисельника оператора розімкненого зв'язку ОСФАП визначаються із системи рівнянь , де:

- -ий параметр замкненого контуру ОСФАП;

- параметри оператора зв'язку .

Параметри знаменника оператора розімкненого зв'язку визначаються з умови, щоб найбільший за абсолютним значенням корінь характеристичного рівняння був більший, ніж найбільший за абсолютним значенням корінь характеристичного рівняння замкненого контуру ОСФАП.

Третій розділ присвячений розробці нових структур двозв’язаних оптимальних за швидкодією систем ФАП. В відомих оптимальних за швидкодією замкнених системах ФАП пристрій управління (ПУ) міститься в замкненому контурі управління. При синтезі таких систем звичайно не враховуються вимоги стійкості усталених режимів роботи системи, тобто в відомих системах є протиріччя між умовами оптимальності за швидкодією та стійкістю.

В третьому розділі пропонуються і досліджуються оптимальні за швидкодією двозв’язані системи ФАП, коли пристрій управління (ПУ) розміщено в розімкненому каналі управління ОСФАП. Такі оптимальні за швидкодією двозв’язані системи ФАП належать до класу систем зі змінною структурою, які здійснюють подвійне управління. Тому що розімкнений зв’язок з ПУ не впливає на стійкість замкненого контуру ОСФАП, то постає можливість синтезувати ПУ тільки в відповідності з умовами оптимальності; не враховуючи умову стійкості замкненої системи і вимог до її точності в усталених режимах.

Структурна схем оптимальної за швидкодією двозв’язаної системи ФАП зображена на рис. , а. Рівняння її елементів мають вид:

(6)

де - нелінійна функція пристрою управління. З рівнянь (6) одержуємо рівняння руху ОСФАП відносно керованої величини

. (7)

Із рівняння (7) одержуємо умову, яка забезпечує вимогу сталості амплітуди сигналу управління відповідно до принципу максимуму, а також сам сигнал управління:

(8)

(9)

де - максимально можливий сталий за величиною знакозмінний результуючий сигнал управління (рис. , д).

Структурна схема двозв’язаної системи ФАП, в якій виконується умова оптимальності (9), зображена на рис. , б. Для формування імпульсів з амплітудою використовується формувач імпульсів ФІ.

За допомогою додаткового зв'язку за задавальним діянням в ОСФАП з оператором і логічного комутуючого пристрою вироблюється компенсуючий сигнал на час тривалості перехідного процесу :

.

а

б в

г д

Рис. 

Рівняння елементів системи рис. , б визначаються так:

(10)

У відповідності до рівняння (10) рівняння динаміки системи при , тобто в режимі перехідного процесу визначається так:

а структурна схема оптимальної за швидкодією двозв’язаної системи ФАП при зображена на рис. , в. Після закінчення перехідного процесу для усталеного режиму

а структурна схема при відповідає рис. , г.

В розділі запропоновано методику визначення моментів переключення сигналу управління оптимальної за швидкодією двозв’язаної системи ФАП. Для технічної реалізації ПУ необхідно знайти значення моментів переключення сигналу управління які в загальному випадку визначаються функцією

,

де - -тий корінь характеристичного рівняння замкненого контуру ОСФАП.

Для визначення використано метод стикування рішень диференціальних рівнянь зі знакозмінною правою частиною.

В розділі розглянуті такі випадки при оптимізації перехідних процесів: характеристичне рівняння ОСФАП містить комплексні корені; оптимізується перехідний процес розімкненого контуру ОСФАП; оптимізується перехідний процес замкненого або розімкненого контуру управління з урахуванням обмежень на похідні керованої величини.

Для визначення моментів переключення в перерахованих вище випадках необхідно вирішувати систему трансцендентних рівнянь. Для системи другого порядку, маємо:

(11)

Для конкретних значень параметрів ОСФАП графічне рішення системи рівнянь (11) дає значення та : ; . При цьому тривалість перехідного процесу дорівнює . Для двозв’язаної системи без ПУ маємо . Порівняння і показує, що тривалість перехідного процесу в оптимальній системі зменшується приблизно в .

В четвертому розділі вирішуються задачі побудови та дослідження квазіоптимальних за швидкодією двозв’язаних систем ФАП: вирішується задача досягнення квазіоптимального за швидкодією перехідного процесу в ОСФАП, коли має місце тільки один інтервал сигналу управління, знак якого збігається зі знаком задавального діяння. При цьому синтезується структура квазіоптимальної за швидкодією двозв’язаної системи ФАП, а саме оптимізується перехідний процес: замкненого контуру ОСФАП з обмеженою кількістю інтервалів сигналу управління і наявністю логічного комутатора; розімкненого контуру ОСФАП з обмеженою кількістю сигналів управління і з логічним комутатором; замкненого контуру ОСФАП, що описується неоднорідним диференціальним рівнянням, яке містить у правій частині похідні; ОСФАП п’ятого порядку.

У ряді випадків побудова строго оптимальної системи фазового автопідстроювання зустрічає певні труднощі, зумовлені неможливістю реалізації з великою точністю моментів переключення сигналу управління , погрішністю при математичному описі системи ФАП (об’єкта управління) і ін. Крім того, у більшості випадків економічно невигідно реалізувати строго оптимальну систему ФАП. Тому в деяких випадках доцільно проектувати не оптимальну систему ФАП, а близьку до неї за швидкодією. У цьому випадку вектор стану системи ФАП попадає не в точку, а у задану зону фазового простору.

Значного спрощення пристрою управління (ПУ) можна досягти зменшенням кількості інтервалів управління шляхом зниження порядку диференціального рівняння системи ФАП, наприклад, зневажаючи постійною часу підсилювача. Зневажаючи малими за тривалістю інтервалами управління, можна також спростити ПУ при несуттєвому відхиленні перехідного процесу системи ФАП від оптимального.

В розділі запропоновано методику визначення моментів переключення сигналу управління квазіоптимальної за швидкодією системи ФАП і розроблені структури таких систем. Наведено конкретні приклади визначення моментів переключення сигналу управління та графіки перехідних процесів.

Для системи ОСФАП п’ятого порядку зменшення кількості інтервалів управління до двох практично не впливає на якість перехідного процесу, але суттєво спрощує ПУ.

У висновках наведено загальні результати досліджень та сформульовані висновки по роботі.

В додатках викладені теоретичні основи побудови структур ієрархічного управління формуванням сітки частот мереж телекомунікацій з використанням швидкодіючих систем фазового автопідстроювання, а також акти впровадження результатів робіт в конкретні розробки та навчальний процес.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень сформульованих та обґрунтованих в дисертаційній роботі, є вирішенням наукового завдання підвищення основних показників якості систем ФАП в класі двозв’язаних систем, призначених для зменшення розбіжностей фаз двох напруг в пристроях фазової синхронізації по тактам в системах зв’язку. Основними результатами дисертаційної роботи є розробка, аналіз і синтез нових структур двозв’язаних систем ФАП.

В дисертації одержані такі теоретичні і практичні результати:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

Список основних публікацій за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

АНОТАЦІЇ

Нетудихата Л.І. Підвищення показників якості систем фазового автопідстроювання пристроїв синхронізації в телекомунікаціях. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 – радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій. Український науково-дослідний інститут зв’язку, Київ, 2003.

Роботу присвячено вирішенню наукових задач підвищення якості систем фазового автопідстроювання пристроїв синхронізації в телекомунікаціях у класі двозв’язаних систем (ДЗС) при детермінованих і випадкових впливах. Виконано аналіз різноманітних структур пристроїв синхронізації і визначені шляхи побудови систем ФАП високої точності та швидкодії.

Розглянуто методи оптимізації систем ФАП. Запропоновано методики синтезу компонентів ДЗС ФАП, їхніх зв’язків між собою та перехідних процесів за умов підвищення точності, швидкодії та надійності основної системи ФАП (ОСФАП), фізичної реалізації коригувальної системи ФАП (КСФАП), у різних режимах та при різних зовнішних впливах. Запропоновано також методики синтезу квазіоптимальних систем ФАП. Запропоновано нові структури: цифрових ДЗС ФАП і методику синтезу параметрів зв'язку між цифровими КСФАП та ОСФАП; оптимальної за швидкодією ДЗС ФАП при оптимізації перехідного процесу ОСФАП.

Ключові слова: фаза, автопідстроювання, усталеність, точність, оптимізація, процес

Нетудыхата Л.И. Повышение показателей качества систем фазовой автоподстройки устройств синхронизации в телекоммуникациях – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 – Радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций. Украинский научно-исследовательский институт связи, Киев, 2003.

Работа посвящена решению научных задач повышения качества систем фазовой автоподстройки устройств синхронизации в телекоммуникациях в классе двухсвязных систем (ДСС) при детерминированных и случайных воздействиях. Выполнен анализ различных структур устройств синхронизации и определены пути построения систем ФАП высокой точности и быстродействия.

Рассмотрены методы оптимизации систем ФАП. Доказано, что ДСС эквивалентна комбинированной основной системе ФАП (ОСФАП) с дополнительным разомкнутым каналом управления, не влияющим на устойчивость замкнутого контура ОСФАП. Предложены методики синтеза: параметров корректирующей системы ФАП (КСФАП) и связи между системами из условия повышения точности ОСФАП в установившихся режимах при медленно изменяющихся задающих воздействиях и условии физической реализации КСФАП; оператора связи между КСФАП и ОСФАП из условия минимизации среднеквадратической ошибки ОСФАП и условии физической реализации оператора связи при случайном входном и задающем воздействиях с наложенной помехой. Предложены новые структуры: цифровых ДСС ФАП и методика синтеза параметров связи между цифровыми КСФАП и ОСФАП из условия повышения точности ОСФАП в установившихся режимах; оптимальных по быстродействию ДСС ФАП, отличающихся от известных тем, что устройство управления (УУ) расположено в разомкнутом канале управления и не влияет на устойчивость замкнутого контура; оптимальной по быстродействию ДСС ФАП при оптимизации переходного процесса ОСФАП, характеристическое уравнение которой имеет комплексные корни; квазиоптимальных по быстродействию ДСС ФАП, отличающихся тем, что УУ расположено в разомкнутом канале управления