Вдосконалення систем передачі інформації по проводових каналах зв’язку на базі xDSL технологій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Цопа Олександр Іванович

УДК 621.395.74

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ВДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ ПО ПРОВОДОВИХ КАНАЛАХ ЗВ'ЯЗКУ НА БАЗІ xDSL ТЕХНОЛОГІЙ

05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі

Харків - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Сідоров Геннадій Іванович, Харківський національний університет радіоелектроніки МОН України, завідувач кафедри радіоелектронних систем.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Поповський Володимир Володимирович, Харківський національний університет радіоелектроніки МОН України, завідувач кафедри телекомунікаційних систем;

кандидат технічних наук, доцент Корсунов Анатолій Рувімович, Українська інженерно-педагогічна академія МОН України, доцент кафедри автоматики та радіоелектроніки.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут зв'язку (відділ 22) Міністерство транспорту та зв'язку України, м. Київ.

Захист відбудеться “19” квітня 2006 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.03 в Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, проспект Леніна, 14, ауд. № 13.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, проспект Леніна, 14.

Автореферат розісланий “13” березня 2006 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н. Безрук В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На початку 90-х років в Україні була сформована головним чином аналогова первинна телекомунікаційна мережа (ТМ) на базі аналогових систем передачі та симетричних і коаксіальних кабельних ліній зв'язку (КЛЗ), а також радіорелейних ліній. Первинна ТМ, так само як і вторинні мережі, що будувались на базі первинної мережі, були орієнтовані на надання послуг голосового, телексного та телеграфного зв'язку.

У зв'язку зі світовими тенденціями збільшення обсягів передачі різноманітної інформації та розширенням різних послуг зв'язку в Україні було розпочато процес переходу на цифрові технології в телекомунікаційній мережі (цифровізація) шляхом заміни аналогових систем передачі (АСП) на цифрові системі передачі (ЦСП).

У 1993 році була розроблена Концепція розвитку телекомунікацій України, на основі якої Уряд затвердив Комплексну програму побудови Єдиної національної мережі зв'язку України (ЄНМЗ). Комплексна програма побудови об'єднаної системи зв'язку передбачає досягнення середньо-європейського рівня надання послуг зв'язку і доступу до мережі Інтернет до 2010 року. Ця програма передбачає також вдосконалення та реконструкцію національної телекомунікаційної мережі на базі застосування сучасного вітчизняного обладнання і підвищення її цифровізації.

Телекомунікаційна мережа України характеризується тим, що зонові та магістральні її сегменти, а також місцеві сільські (СТМ) та міські (МТМ) мережі побудовані на базі понад 100 тис. км симетричних мідних кабелів типу МКС, КСПП та ТПП. Цифровізація мереж мідного кабелю є достатньо складною задачею, оскільки довжина регенераційних ланок АСП значно перевищує довжину регенераційних ланок ЦСП тієї самої, або навіть меншої ємності. Вирішення цієї задачі полягає в застосуванні xDSL технологій, які ґрунтуються на більш ефективних методах лінійного кодування, що дозволяє суттєво підвищити пропускну спроможність КЛЗ та довжину регенераційних ланок при забезпеченні необхідної ймовірності помилки.

Більшість робіт, які присвячені дослідженню та застосуванню xDSL технологій, орієнтовано на використання КЛЗ які вироблені та експлуатуються за кордоном. Ці КЛЗ суттєво відрізняються від тих, що експлуатуються на вітчизняній ТМ. Для вирішення задач інформатизації та розширення телекомунікаційних послуг населенню України актуальною є науково-прикладна задача вдосконалення методів передачі інформації по існуючих проводових каналах зв'язку і розробки вітчизняної апаратури на основі нових xDSL технологій, що дозволить суттєво підвищити пропускну спроможність телекомунікаційної мережі України.

Отже, актуальність теми дисертації підтверджується перспективою застосування нових xDSL технологій при вдосконаленні систем передачі по проводових каналах зв'язку, і, як наслідок, необхідністю вирішення цілого кола задач, пов'язаних з оцінкою ефективності нових технологій лінійного кодування та цифрової обробки сигналів на існуючих КЛЗ при забезпеченні необхідного рівня якості передачі інформації, а також з розробкою та проектуванням ефективних цифрових систем передачі для різних сегментів телекомунікаційної мережі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи пов'язана:

- з тематикою науково-дослідної держбюджетної роботи Харківського національного університету радіоелектроніки, яка фінансується Міністерством освіти і науки України, № 150 “Розвиток теорії та методів проектування засобів доступу до інформаційних мереж” ГР0102U003741, де автор дисертації був відповідальним виконавцем розділу;

- з тематикою науково-дослідної держбюджетної роботи Харківського національного університету радіоелектроніки, яка фінансується Міністерством освіти і науки України, № 153 “Фундаментальні дослідження по вдосконаленню інформаційно-вимірювальних радіоелектронних систем і мереж” наказ МОН № 633 від 5.11.2002 р., де дисертант був відповідальним виконавцем розділу;

- з тематикою десяти господарчих науково-дослідних робіт Харківського національного університету радіоелектроніки, в яких вирішені задачі впровадження xDSL технологій і розробки цифрових систем передачі різного призначення, де автор дисертації був відповідальним виконавцем робіт.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є вдосконалення методів і засобів передачі інформації по проводових каналах зв'язку на базі xDSL технологій для підвищення пропускної спроможності телекомунікаційної мережі.

Для досягнення поставленої мети в дисертації вирішені такі задачі:

1. Дослідження граничних значень характеристик ЦСП, які функціонують на базі існуючих КЛЗ, шляхом:

- модернізації моделі КЛЗ (розширення застосування моделі до 1 МГц, урахування умов експлуатації та старіння);

- дослідження КЛЗ міської та сільської мережі;

- раціонального вибору лінійних сигналів на основі порівняння отриманих даних частотних характеристик КЛЗ та результатів спектрального аналізу лінійних сигналів різних кодів.

2. Аналіз можливих шляхів побудови ефективних ЦСП на базі xDSL технологій з урахуванням особливостей вітчизняних КЛЗ.

3. Експериментальні дослідження параметрів і характеристик дослідних та серійних зразків цифрових систем передачі на базі xDSL технологій, що підтверджують достовірність основних теоретичних положень.

Об'єктом дослідження в дисертаційній роботі є процеси формування, передачі та обробки багаторівневих сигналів у системах передачі інформації по проводових каналах зв'язку.

Предметом дослідження є моделі, принципи побудови і функціонування систем передачі інформації по проводових каналах міської та сільської телекомунікаційної мережі на базі xDSL технологій.

Методи дослідження - математичний аналіз, спектральний аналіз, математичне та імітаційне моделювання на ПЕОМ, натурний експеримент.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- у дисертаційній роботі модифікована і обґрунтована узагальнена параметрична модель симетричних кабельних ліній зв'язку для діапазону частот до 1 МГц, яка побудована на первинних параметрах кабелю і враховує електромагнітні втрати за рахунок зовнішніх металевих елементів кабелю, а також зміни амплітудно-частотних характеристик КЛЗ за рахунок зовнішніх умов і тривалості експлуатації;

- запропонована і обґрунтована модифікована математична модель для оцінки спектральної густини багаторівневих лінійних сигналів, яка враховує вплив фізичних елементів схеми узгодження з лінією зв'язку;

- запропонований і обґрунтований удосконалений алгоритм корекції міжсимвольної інтерференції (МСІ) в системах передачі інформації по проводових каналах зв'язку;

- визначена ефективність застосування багаторівневих лінійних сигналів у цифрових системах передачі на з'єднувальних і абонентських лініях зв'язку.

Практичне значення отриманих результатів.

Практична цінність отриманих у дисертаційній роботі результатів полягає в тому, що:

- розроблені принципи побудови цифрових систем передачі для одночасного передавання голосу і даних по кабельних лініях зв'язку, які дозволять суттєво підвищити пропускну спроможність міської і сільської телекомунікаційної мережі при наданні додаткових послуг абонентам;

- у роботі дана порівняльна оцінка ефективності використання технологій IDSL, HDSL, MDSL і SHDSL на лініях зв'язку різних типів, на різних ділянках телекомунікаційної мережі;

- запропоновані і розроблені засоби узгодження системи передачі з комутаційним обладнанням аналогових і цифрових АТС.

Результати роботи впроваджено в Харківському національному університеті радіоелектроніки під час виконання держбюджетних та господарчих науково-дослідних робіт, пов'язаних з реалізацією нових xDSL технологій, і розробки цифрових систем передачі, а матеріали дисертації впроваджено в навчальний процес при виконанні магістерських робіт, курсових і дипломних проектів на кафедрі РЕС, що підтверджено відповідним актом впровадження.

Також результати дисертаційної роботи використані під час розробки і при серійному виробництві апаратури цифрового ущільнення в ПНВФ “Елтех” (м. Харків), про що складено відповідний акт впровадження. Загальний обсяг впровадження складає близько 5 тис. комплектів апаратури цифрового ущільнення різних типів. Апаратура сертифікована в системі УкрСЕПРО (Україна) та ССС “Связь” (Росія). Результати дисертаційної роботи використані під час розробки технічних умов “Аппаратура цифрового уплотнения” - ТУ У 30238519.001-2000.

Результати дисертаційної роботи використані під час розробки та випуску дослідної партії цифрових систем передачі на базі G.SHDSL технології на провідному підприємстві України з виробництва цифрових систем передачі ВАТ “Прожектор” (м. Малин, Житомирська обл.), що підтверджено відповідним актом впровадження.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- розробці розглянутих у роботі методів підвищення швидкості передачі інформації по КЛЗ [6, 8, 9, 12];

- розробці узагальненої параметричної моделі КЛЗ різних типів з урахуванням змін частотних характеристик КЛЗ за рахунок зовнішніх умов і тривалості експлуатації [1, 10];

- розробці і дослідженні математичної моделі для оцінки спектральної густини багаторівневих лінійних сигналів, яка враховує вплив фізичних елементів схеми узгодження з лінією зв'язку [1, 11];

- розробці і обґрунтуванні удосконаленого алгоритму корекції міжсимвольної інтерференції в системах передачі інформації по проводових каналах зв'язку [2-4];

- обґрунтуванні та синтезі цифрових систем передачі, відмінних від існуючих, для з'єднувальних і абонентських ліній зв'язку на базі xDSL технологій [5, 7, 13-15].

Апробація результатів дисертації. Основні результати і положення дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на 9 міжнародних конференціях, зокрема, на:

- 7-й, 9-й і 10-й міжнародних конференціях “Теорія і техніка передачі, прийому й обробки інформації” (м. Харків - м. Туапсе, 2001 р., 2003 р., 2004 р.);

- 2-й міжнародній конференції “Інформаційні технології та безпека” (м. Київ - м. Партенит, 2002 р.);

- 5-й міжнародній конференції Української асоціації дистанційного навчання (м. Харків - м. Ялта, 2001 р.);

- 5-му, 6-му та 8-му міжнародних молодіжних форумах “Радіоелектроніка і молодь в ХХІ ст.” (м. Харків, 2001 р., 2002 р., 2004 р.);

- науково-практичній конференції “Інформаційні технології в науку та освіту” (м. Харків, 2005 р.).

Публікації. Основні положення та наукові результати дисертації опубліковано в 15 публікаціях, з яких 5 статей у фахових виданнях і в заявці на патент, на яку є позитивне рішення Укрпатенту.

Структура дисертаційної роботи. Робота складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел (112 найменувань) і 8 додатків. Робота містить 142 сторінки, 106 рисунків, 25 таблиць, включаючи додатки обсягом 34 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить обґрунтування актуальності дисертаційної роботи, формулювання мети роботи й задач дослідження, наукової новизни і практичної цінності отриманих результатів.

У першому розділі подано огляд особливостей розвитку та перспективних напрямків модернізації телекомунікаційних мереж України та запропонована ідея про можливість використання існуючих кабельних ліній зв'язку для створення цифрових систем передачі. Як напрямок, що досліджується в дисертації, обрано вдосконалення систем передачі на базі існуючих КЛЗ з використанням xDSL технологій. Визначено коло задач, які підлягають вирішенню в роботі.

Другий розділ присвячено всебічному аналізу параметрів існуючих типових КЛЗ, які раніше використовувались в аналогових системах передачі на частотах лише до 100 кГц. При впровадженні xDSL технологій верхня частота системи за рахунок застосування багаторівневих сигналів має бути в десять разів вища, але в такій смузі вітчизняні КЛЗ не досліджувались.

Отже, принциповим моментом здійснюваного аналізу є модернізація відомих моделей КЛЗ з урахуванням ефектів на високих частотах. Другим важливим моментом є те, що для відповіді на запитання про можливість застосування діючої мережі КЛЗ при створенні ЦСП, необхідно знати поведінку їх амплітудно-частотних характеристик при зміні реальних умов експлуатації (температура, вологість) і старінні (термін роботи існуючих КЛЗ може складати кілька десятків років).

За основу, як і раніше при аналізі, була обрана відома параметрична модель однорідної двопроводової лінії.

Досліджувана схема двопроводової лінії, яка має довжину , включає в себе: послідовне з'єднання внутрішнього опору генератора , електричного опору проводів , індуктивність кола . Коло шунтується міжпроводовою (робочою) ємністю , провідністю ізоляції та опором навантаження . цифровий коаксіальний кабельний зв'язок

Аналіз діючих підходів до оцінки первинних параметрів КЛЗ дозволив зробити висновок, що при підвищенні частоти сигналу до 1 МГц крім поверхневого ефекту треба враховувати ефект близькості та наявність металевих оточуючих мас. Ці ефекти пов'язані із взаємодією електромагнітного поля сусідніх проводів та екранів, і вплив їх підвищується зі зростанням частоти.

Врахування впливу всіх вищезгаданих чинників здійснювалось шляхом запису відповідних виразів для первинних і вторинних параметрів КЛЗ.

Так, наприклад, вплив вологості з'ясовувався зміною робочої погонної ємності та втрат , які в свою чергу залежать від еквівалентної діелектричної проникності

,

де - об'ємний вміст в суміші i-го компонента; - діелектрична проникність -го компонента (для води , для поліетилену ).

В дисертації наведена підбірка формул, яка на відміну від існуючих, дає змогу найбільш повно дослідити характеристики КЛЗ під час дії різноманітних чинників, що виникають у реальних умовах експлуатації, включаючи відбиття на з'єднаннях відрізків КЛЗ. Згадану підбірку формул зазначимо як узагальнену модель КЛЗ. У розділі 2 дисертації розрахунки виконувались за допомогою виразу для модуля амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) КЛЗ

За допомогою цієї узагальненої моделі і середовища MathCAD проведена велика кількість числових експериментів для різних типів кабелів КСПП, ТПП, МКС, П-270, які застосовуються на місцевих і сільських сегментах телекомунікаційної мережі України.

На основі розрахунків великої кількості аналогічних залежностей у розділі 2 вперше проведено всебічний аналіз поведінки АЧХ існуючих КЛЗ в широкому (до 1 МГц) частотному діапазоні і багатофакторному впливі експлуатаційних чинників.

У роботі з'ясовано:

- частотні параметри існуючих КЛЗ в цілому задовольняють вимогам застосування нових xDSL технологій;

- з урахуванням зовнішніх умов експлуатації можливе використання існуючих КЛЗ з терміном експлуатації 25 років і вище;

- ефективна смуга частот КЛЗ є достатньою для підвищення пропускної спроможності існуючих міської та сільської кабельних мереж.

Достовірність узагальненої моделі КЛЗ перевірена експериментально у 4 розділі дисертації.

Далі в розділі проведено спектральний аналіз багаторівневих лінійних сигналів, які застосовуються в xDSL технологіях та визначені кількісні оцінки спектральної густини для різних схем кодування та різних швидкостей передачі інформації. Дослідження проведені на математичній моделі для оцінки спектральної густини, яка враховує вплив фізичних елементів схеми узгодження з лінією зв'язку. Показано, що найбільш привабливим для застосування на існуючих КЛЗ є 16-рівневий лінійний сигнал кодування ТС-РАМ-16, який має високу спектральну ефективність. Для кодування ТС-РАМ-16 одержано результати, які показують, що по одній парі проводів можливо досягнути швидкості передачі даних до 2 Мбіт/с, а потенційна довжина регенераційної ланки прийнятна для побудови нових і модернізації існуючих КЛЗ. Саме ці дані і підтверджують можливість створення ефективних ЦСП на існуючій телекомунікаційній мережі України, які суттєво підвищать її пропускну спроможність.

У третьому розділі з'ясовані умови мінімізації помилок ЦСП з урахуванням особливостей вітчизняних КЛЗ. На основі проведеного аналізу показано, що припустима ймовірність помилки для місцевої сільської та міської мережі не повинна перевищувати .

Зважаючи на те, що технології xDSL в основному використовують багаторівневі лінійні сигнали з кодуванням 2B1Q і PAM, у розділі проведено оцінку ймовірності помилки для цифрової багаторівневої амплітудноімпульсної модуляції (АІМ), сигнал якої подано у вигляді

,

де - амплітуда -го імпульсу (символу), можливих рівнів; - сигнальний імпульс, форма якого визначає спектр сигналу, що передається; - період передачі символів; - кількість рівнів амплітуди сигналу.

У припущенні, що всі рівні амплітуд сигналу апріорі рівноймовірні, в роботі знайдено залежність імовірності бітової помилки від відношення сигнал/шум SNR при багаторівневій АІМ, яка показує що при імовірності бітової помилки відношення сигнал/шум SNR збільшується приблизно на 4-6 дБ при кожному подвоєнні числа рівнів .

Для зменшення помилок при передачі АІМ сигналів у роботі пропонується реалізація модуляції із ґратчастим кодуванням (TCM - trellis-coded modulation), для якої досліджено і показано, що при ступені кодування 2/3, розбивці сигнального простору за методом Унгербоека та при декодуванні за алгоритмом Вітербі можна досягти ефективності кодування ТС-РАМ-16 (при кодовому обмеженні згорткового кодера, ) - 5,97 дБ. Дана кількісна оцінка обчислювальним та апаратним ресурсам при реалізації запропонованих алгоритмів обробки сигналів.

У роботі з'ясовані умови мінімізації похибок з метою збільшення пропускної спроможності ЦСП. На основі аналізу лінійних та нелінійних коректорів МСІ, для відомої схеми коректора з гратчастим фільтром знайдено оптимальну довжину коректора в межах 10-15, що забезпечує зменшення майже втричі часу настроювання коректора на існуючих КЛЗ. Проведене дослідження показало, що при підвищенні швидкості передачі інформації нелінійні коректори є більш ефективними, але ефект розмноження помилок не дозволяє їх широко застосовувати в ЦСП.

Для оцінки ефективності застосування нових технологій на існуючих КЛЗ у роботі подана модель системи SНDSL, в якій використано більш досконалий метод корекції сигналу з передкодуванням Томлінсона-Харашими (ТХ). За допомогою цієї моделі і середовища MathLAB проведена значна кількість числових експериментів для оцінки довжини регенераційних ланок КЛЗ при застосуванні багаторівневого лінійного сигналу коду ТС-РАМ-16. На базі даних про АЧХ кабельних ліній різних типів, отриманих у розділі 2, були синтезовані цифрові фільтри, що використовувались як моделі ліній зв'язку при статистичному моделюванні.

Шляхом моделювання всієї системи разом з КЛЗ, на які діють експлуатаційні чинники, вперше одержані для телекомунікаційних мереж України дані про довжини регенераційних ланок при імовірності бітовій помилки 10^-7 і різних швидкостях передачі інформації.

Четвертий розділ присвячено результатам розробки та експериментальних досліджень систем передачі інформації на базі xDSL технологій. У роботі визначені властивості спектральних характеристик багаторівневого лінійного сигналу коду ТС-РАМ-16, які були отримані на реальній апаратурі при різних швидкостях передачі інформації.

У роботі вирішена складна експериментальна задача виміру спектральної густини лінійного сигналу коду ТС-РАМ-16 (екрановане приміщення, розв'язка за живленням, еквівалент лінії тощо).

Отримані результати підтверджують високу спектральну ефективність багаторівневих лінійних сигналів коду ТС-РАМ-16, а експериментальні спектрограми якісно і кількісно співпадають з результатами моделювання, наведеними в розділі 2.

Далі в розділі наведено структурну схему створеної автором апаратури цифрового ущільнення (АЦУ) для з'єднувальних ліній аналогових АТС, яка узагальнює результати досліджень. У цій системі застосовано багаторівневий лінійний сигнал коду 2B1Q. Цифрова система АЦУ-4/8/12 може встановлюватись замість аналогових систем ущільнення В-2-2, КНК-6 і КНК-12 та забезпечує фізичну і програмну взаємодію з комплектами РЗЛ, РЗЛЗ різних типів АТС. Отримані результати експлуатації АЦУ на мережі Житомирської дирекції ВАТ “Укртелеком” за програмою доведення до норм з'єднувальних ліній кінцевих сільських АТС типу К-50/200 доводять високу ефективність апаратури на КЛЗ різних типів, різної довжини та терміном експлуатації від 10 до 25 років.

У розділі також запропонована структурна схема апаратури цифрового ущільнення (АЦУ) для з'єднувальних ліній цифрових АТС, яка узагальнює результати проведених досліджень. У цій системі застосовано багаторівневий лінійний сигнал коду ТС-РАМ-16. Цифрова система передачі АЦУ-Е1 застосовується замість цифрових систем ІКМ-15 та ІКМ-30 і забезпечує передачу потоку Е1 (2048 кбіт/с) на значну відстань без регенераторів. Отримані результати випробовувань апаратури на реальних КЛЗ свідчать, що АЦУ-Е1 забезпечує передачу потоку Е1 на відстань 15,3 км по одній парі проводів кабелю МПЕВК - 4х1,2 при забезпеченні імовірності бітової помилки не гірше 10^-7.

У розділі наведено узагальнену структурну схему системи абонентського доступу до мережі Інтернет на базі xDSL модемів, новизна якої підтверджена позитивним рішенням щодо заявки на патент. Результати проведених випробувань показують, що адаптація абонентських модемів “Вега 2000” до параметрів КЛЗ відбувається як за швидкістю передачі даних у лінії (270-2300 кбіт/с), так і за рівнем сигналу в лінії, що дозволяє знизити потужність передавача, а отже і зменшити перехідні перешкоди в КЛЗ. Критерієм оцінки якості з'єднання є параметр SQ, що вказує на ймовірність появи помилок у лінійному тракті модему. При SQ=0 дБ ймовірність появи помилки в лінійному тракті становить 10^-7, що відповідає вимогам якості зв'язку для місцевої телекомунікаційної мережі. Відношення сигнал/шум (SNR) у цьому випадку дорівнює 33 дБ, що перевищує на 6 дБ припустиме відношення SNR для лінійного коду 2B1Q. Це підтверджує правильність вибору параметрів і ефективність адаптивних коректорів МСІ, застосованих у модемах “Вега 2000”.

У додатках розглядаються особливості побудови деяких систем передачі, які застосовуються на телекомунікаційній мережі України, та характеристики і функціональна оцінка xDSL технологій.

Тут наведено результати випробувань АЦУ-Е1 та системи передачі даних “Вега 2000” розробки Харківського національного університету радіоелектроніки, що були проведені у виробничій лабораторії Центру інформаційних технологій і технічного забезпечення Київської міської філії ВАТ “Укртелеком”.

У додатках також наведено приклад побудови телекомунікаційної мережі району на базі апаратури цифрового ущільнення, яка розроблена за участі автора дисертації і серійно випускається ПНВФ “Елтех”.

Додатки включають: акт про впровадження результатів дисертаційної роботи у навчальному процесі в Харківському національному університеті радіоелектроніки; акт про впровадження результатів дисертаційної роботи під час розробки і при серійному виробництві апаратури цифрового ущільнення різних типів у приватній науково-виробничій фірмі “Елтех” (м. Харків); акт про впровадження результатів дисертаційної роботи під час розробки та випуску дослідної партії цифрових систем передачі на базі G.SHDSL технології на провідному підприємстві України з виробництва цифрових систем передачі ВАТ “Прожектор” (м. Малин, Житомирська обл.).

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі виконано наукове дослідження, в якому отримано вирішення актуальної науково-прикладної задачі щодо вдосконалення методів і засобів передачі інформації по проводових каналах зв'язку на базі xDSL технологій, що дозволило підвищити пропускну спроможність телекомунікаційних мереж.

Основні результати роботи і висновки з них можна сформулювати так.

1. Нагальна потреба в розвитку телекомунікаційних мереж України на базі впровадження xDSL технологій може бути частково вирішена, при малих затратах, за рахунок використання існуючих КЛЗ сільських та міських мереж. Ця ідея є в роботі домінуючою, і її доцільність випливає з усієї сукупності одержаних результатів.

2. Перший крок досліджень - це модернізація моделі кабеля. У відому модель кабеля, як відрізка довгої лінії, введені такі удосконалення: враховані ефекти близькості, старіння та впливу вологості на первинні і вторинні параметри КЛЗ. Наведено перелік співвідношень, що визначають узагальнену модель лінії зв'язку.

3. Удосконалена узагальнена модель вперше застосована для одержання нових відомостей щодо поведінки частотних характеристик стандартних КЛЗ сільських і міських мереж в діапазоні частот до 1 МГц при тривалій роботі і змінах умов експлуатації.

З'ясовано наступне:

- частотні параметри існуючих КЛЗ в цілому задовольняють вимогам застосування xDSL технологій;

- з урахуванням зовнішніх умов експлуатації можливе використання існуючих КЛЗ з терміном експлуатації 25 років і вище;

- ефективна смуга частот КЛЗ є достатньою для підвищення пропускної спроможності існуючих кабельних сільських і міських мереж.

4. На основі спектрального аналізу визначені кількісні оцінки спектральної густини багаторівневих сигналів для різних схем кодування та різних швидкостей передачі інформації з урахуванням впливу фізичних елементів схеми узгодження з лінією зв'язку. Показано, що найбільш ефективним на існуючих КЛЗ є використання лінійних сигналів з кодуванням ТС-РАМ-16, який дає змогу по одній парі проводів досягнути швидкості до 2 Мбіт/с на відстань понад 10 км. Саме ці результати підтверджують доцільність використання існуючої кабельної телекомунікаційної мережі України для побудови вітчизняних ЦСП на базі xDSL технологій.

5. З'ясовані умови мінімізації помилок з метою збільшення пропускної спроможності ЦСП. На основі аналізу методів лінійної та нелінійної корекції МСІ виявлені нові кількісні дані про оптимальну довжину коректора, яка забезпечує мінімальний час настроювання на існуючих КЛЗ.

6. Шляхом моделювання всієї системи разом з КЛЗ, на яку діють експлуатаційні чинники, вперше одержані для телекомунікаційних мереж України оцінки довжин регенераційних ланок при імовірності бітової помилки 10^-7 і різних швидкостях передачі інформації.

7. Достовірність одержаних результатів зумовлена коректною постановкою задач на дослідження; використанням відомих і неодноразово перевірених методів, методик і алгоритмів, прозорою інтерпретацією одержаних результатів з використанням відомих фізичних законів, а також підтвердженням основних теоретичних положень дисертації результатами експериментальних досліджень та випробувань розробленої автором апаратури.

8. Важливим підсумком роботи є впровадження її результатів у виробництво дослідної та серійної апаратури цифрового ущільнення й обладнання лінійного тракту. Одне з досягнень - це створення системи швидкісного абонентського доступу до мережі Інтернет, новизна якої підтверджена позитивним рішенням щодо заявки на патент.

Отже, основні ідеї, сформульовані в дисертації щодо вдосконалення ЦСП, виявились плідними, вони втілені в реальну апаратуру і обладнання, які відповідають кращим світовим зразкам. Це свідчить про те, що мета роботи досягнена.

Подальші дослідження потрібно спрямувати на вивчення нових багаторівневих лінійних сигналів з більш високою спектральною ефективністю, що скоротить термін появи вітчизняних ЦСП, які відповідатимуть світовим стандартам, і дозволить підвищити загальний рівень якості ТМ України.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМою ДИСЕРТАЦІЇ

Основні результати дисертації опубліковані в таких роботах:

1. Цопа А.И., Сидоров Г.И., Чечельницкий В.С., Тихонов В.А. Оценка возможности создания и использования математических моделей кабельных линий при проектировании цифровых систем передачи // Радиотехника. Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. - 2002. - Выпуск № 127. - С. 145-151.

2. Цопа А.И., Сидоров Г.И., Тихонов В.А., Савченко И.В. Исследование линейной коррекции межсимвольных искажений //Радиотехника. Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. - 2002. - Выпуск № 129. - С. 90-97.

3. Цопа А.И., Сидоров Г.И., Тихонов В.А., Савченко И.В. Сравнение характеристик линейных и нелинейных структур корректоров межсимвольных искажений // Радиотехника. Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. - 2003. - Выпуск №131. - С. 183-191.

4. Цопа А.И., Сидоров Г.И., Тихонов В.А., Савченко И.В. Уменьшение времени настройки адаптивных корректоров межсимвольных искажений // Радиотехника. Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. - 2003. - Выпуск № 132, - С. 129-135.

5. Чечельницкий В.С., Сидоров Г.И., Цопа А.И. Исследование и синтез оптимальных структур обработки потоковых данных на основе ПЛИС // Научно- технический журнал "Прикладная радиоэлектроника". - 2005. - № 3. - С. 311-317.

6. Цопа А.И., Овчаренко Ю.Б., Горбунов Р.В. Особенности использования технологии xDSL для доступа в Интернет //Сборник научных трудов V Международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. - Харьков: ХТУРЭ. - 2001. - С.152-153.

7. Сидоров Г.И., Цопа А.И., Овчаренко Ю.Б. Использование компьютерных сетей и Интернет для управления удаленными объектами // Сборник тезисов докладов 7-й Международной конференция "Теория и техника передачи, приема и обработки информации". - Харьков-Туапсе: ХТУРЭ. - 2001. - С. 54-55.

8. Сидоров Г.И., Цопа А.И., Овчаренко Ю.Б. Оборудование скоростного абонентского доступа к информационным сетям для центров дистанционного обучения // Сборник научных трудов 5-й Международной конференции Украинской ассоциации дистанционного образования. - Харьков-Ялта: УАДО. - 2001. - С. 191-194.

9. Паневин О.М., Цопа А.И. Аппаратура высокоскоростного доступа в Интернет “Антарес-115” с одновременным использованием каналов передачи данных и голоса // Сборник научных трудов II Международной конференции “Информационные технологии и безопасность-2002”. - Киев-Партенит: ИПРИ НАН Украины. - 2002. - С. 103-106.

10. Чечельницкий В.С., Овчаренко Ю.Б., Цопа А.И. Использование радиотрансляционной сети для передачи данных // Сборник научных трудов VI Международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. - Харьков: ХТУРЭ. - 2002. - С.201-202.

11. Цопа А.И., Овчаренко Ю.Б., Власенко В.А. Использование новой технологии G.SHDSL в системе передачи данных “Вега 2000” // Сборник тезисов докладов 9-й Международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации". - Харьков-Туапсе: ХНУРЭ. - 2003. - С. 44-45.

12. Чечельницкий В.С., Овчаренко Ю.Б., Цопа А.И. Высокоскоростной G.SHDSL модем для передачи голоса и данных // Сборник научных трудов VIII Международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. - Харьков: ХНУРЭ. - 2004. - С.83.

13. Цопа А.И., Овчаренко Ю.Б. Модульный компьютер для телекоммуникаций на базе процессора микроархитектуры Intel XScale // Сборник тезисов докладов 10-й Юбилейной международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации". - Харьков-Туапсе: ХНУРЭ. - 2004, г. Харьков. - С. 69-70.

14. Цопа А.И., Чечельницкий В.С., Сидоров Г.И. Опыт внедрения современных информационных технологий при разработке аппаратуры для телекоммуникаций // Материалы научно-практической конференции. Информационные технологии - в науку и образование. - Харьков: ХНУРЭ. - 2005. - С. 33.

15. Позитивне рішення Укрпатенту щодо заявки на патент, MKI H 04 M 11/06, H 04 J 3/18. Комбінована система зв'язку (варіанти)/ О.І. Цопа, Ю.Б. Овчаренко, В.С. Чечельницький - Заявка на патент № 20040604379 від 7.06.2004 р.

АНОТАЦІЯ

Цопа О.І. Вдосконалення систем передачі інформації по проводових каналах зв'язку на базі xDSL технологій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2006.

В дисертації наведено вирішення актуальної для подальшого розвитку телекомунікаційних мереж (ТМ) України науково-прикладної задачі - впровадження xDSL технологій, на базі виказаної в роботі ідеї про доцільність використання існуючих кабельних ліній зв'язку (КЛЗ) при створенні цифрових систем передачі (ЦСП) для сільських та міських ТМ. Принципово важливим внеском в теорію ТМ є модернізація моделі КЛЗ, яка розширила можливість їх аналізу до 1 МГц з урахуванням багатофакторного впливу експлуатаційних чинників (температура, вологість, старіння). Крім того, запропоновано удосконалену модель спектрів багаторівневих сигналів та модель ЦСП в цілому. За допомогою цих моделей виконана велика кількість числових експериментів, аналіз яких дав змогу запропонувати ряд нових технічних рішень ЦСП. Достовірність результатів роботи підтверджена експериментом, а новизна - патентом і впровадженням матеріалів дисертації в дослідне та серійне виробництво вітчизняних ЦСП.

Ключові слова: кабельна лінія, багаторівневий сигнал, спектр, цифрова система передачі.

АННОТАЦИЯ

Цопа А.И. Совершенствование систем передачи информации по проводным каналам связи на основе xDSL технологий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2006.

В диссертации дано решение актуальной для дальнейшего развития телекоммуникационных сетей (ТС) Украины научно-прикладной задачи - внедрение xDSL технологий. Это решение получено на основе высказанной в работе идеи о целесообразности использования существующих кабельных линий связи (КЛС) при создании цифровых систем передачи (ЦСП) для сельской и городской ТС. Принципиально важным вкладом в теорию телекоммуникационных систем и сетей является модернизация модели КЛС, которая расширила возможности их анализа до 1 МГц с учетом влияния различных эксплуатационных факторов.

На основе исследования обобщенной параметрической модели КЛЗ, основанной на первичных параметрах кабеля, в работе определены пределы изменения их амплитудно-частотных характеристик при изменении реальных условий эксплуатации (температура, влажность) и старения (срок работы существующих КЛС может составлять несколько десятков лет). Сопоставление предельных частотных характеристик КЛС разных типов, применяемых на сельской и городской ТС, и спектральных характеристик многоуровневых линейных сигналов показало, что параметры существующих КЛС в целом удовлетворяют требованиям применения xDSL технологий. В работе разработана модель для оценки спектральной плотности многоуровневых линейных сигналов, которая учитывает влияние физических элементов согласования с линией связи. Полученные спектры многоуровневых сигналов показали, что наиболее эффективными для применения на существующих КЛС являются сигналы с кодированием ТС-РАМ-16.

Разработана модель для исследования методов линейной и нелинейной коррекции межсимвольной интерференции (МСИ). Получены результаты моделирования МСИ для линейного корректора, корректора с решающей обратной связью, корректора с предкодированием и показано, что предельная длина регенерационного участка существенным образом зависит от структуры корректора, применяемого для снижения влияния МСИ, а также от качества КЛС. Для разных уровней влажности и сроков эксплуатации КЛС определены предельные длины линий связи для двух основных типов кабелей, эксплуатируемых на Украине: кабеля для абонентских линий типа ТПП и кабеля для соединительных линий типа КСПП. Результаты моделирования показывают, что предельные рабочие длины КЛС для кабеля ТПП для скорости передачи информации 2300 кбит/с составляют, в зависимости от характеристик кабеля, от 4,2 км до 6,8 км.

В результате моделирования получены предельные длины кабеля КСПП-1,2 при обеспечении заданной вероятности битовой ошибки , которые лежат в диапазоне 12,6-16,8 км для скорости передачи информации 2300 кбит/с. Результаты исследований могут быть использованы разработчиками отечественной аппаратуры проводных систем передачи данных для совершенствования систем передачи на основе xDSL технологий и повышения эффективности их применения на КЛС, находящихся в эксплуатации на телекоммуникационных сетях.

В работе экспериментально получены спектральные характеристики линейного сигнала с кодированием ТС-РАМ-16 для скоростей передачи данных от 270 кбит/с до 2056 кбит/с, подтверждающие результаты моделирования.

В работе приведены данные об эксплуатации аппаратуры цифрового уплотнения на сети ОАО “Укртелеком” по программе доведения до норм соединительных линий оконечных сельских АТС типа К-50/200, которые доказывают высокую эффективность разработанной аппаратуры на существующих КЛС разных типов, разной длины и сроках эксплуатации от 15 до 25 лет.

В диссертации приведена обобщенная структурная схема системы скоротного абонентского доступа к сети Интернет на основе xDSL технологий и результаты испытаний ЦСП “Вега 2000” и аппаратуры цифрового уплотнения АЦУ-Е1, использующая многоуровневый линейный сигнал с кодированием ТС-РАМ-16, что подтверждает эффективность адаптивной коррекции линейного сигнала, примененной в системе при работе на существующих КЛС.

Достоверность результатов работы подтверждена экспериментом, а новизна - патентом и внедрением материалов диссертации в опытное и серийное производство отечественных ЦСП.

Ключевые слова: кабельная линия, многоуровневый сигнал, спектр, цифровая система передачи.

ABSTRACT

Tsopa O.I. The Improvement of Systems Information Transmission over Wire Communication Channels on a Basis of xDSL Technologies. - The manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of the technical sciences by specialty 05.12.02 - telecommunication systems and networks (Ph.D. thesis). Kharkov National University of Radioelectronics, Kharkiv, 2006.

The actual solution off the task off further evolution of telecommunication networks (TN) of Ukraine - implantation xDSL technologies is observed in the thesis. This solution is obtained on the basis of the idea stated in the thesis about expediency of usage of existing cable communication lines (CCL) in creation of digital transmission systems (DTS) for the rural and urban TN. The creation of the generalized CCL model is the an important contribution to the theory of telecommunication systems and networks. This model has expanded possibilities of their analysis up to 1 MHz in the view of influence of various operation factors (temperature, moisture, aging). The improved model of spectrum of multilevel signals and whole model DTS are also offered. With the help of these models the big quantity of numerical experiments is lead whose analysis has enabled to offer a number of new DTS designs. The reliability of results is confirmed by the experiment. The novelty is confirmed by the patent and implantation of thesis materials in experimental and batch production of Ukrainian DTS.

Key words: cable line, multilevel signal, spectrum, digital transmission system.

Размещено на Allbest.ru

...