Розробка і дослідження автоматизованих методів контролю каналів зв'язку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розробка і дослідження автоматизованих методів контролю каналів зв'язку

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Автоматизація експлуатації засобів зв'язку, зокрема, трактів багатоканальних систем передавання інформації (БКСПІ) є важливою й актуальною проблемою. Настройка й експлуатація БКСПІ, особливо з частотним розділенням каналів (ЧРК), потребує великого обсягу вимірювань, значна частина яких виконується під час профілактичних робіт з закриттям трактів. При цьому багато часу займає вимірювання частотних характеристик (ЧХ) трактів та їхніх елементів. У трактах деяких вторинних мереж, наприклад, мереж передавання даних, вимірюванням підлягає не тільки амплітудно-частотна характеристика (АЧХ), але і фазочастотна (ФЧХ) або характеристика групового часу запізнення (ГЧЗ).

Використання розроблених у 70-х роках дуже точних вітчизняних і зарубіжних вимірювань потребують припинення передавання повідомлень на час вимірювань.

Можливість вимірювань параметрів трактів без переривання зв'язку було враховано у вимірювачі міжканальному ВМК-12-252, суть якого полягає в оцінці рівнів контрольних сигналів, передаваних у міжканальних інтервалах групових сигналів БКСПІ. У наступних розробках, поряд із застосуванням міжканальних вимірювань підвищено рівень автоматизації вимірювань і контролю у відповідності з вимогами до автоматизації сучасних засобів вимірювань каналів і трактів. Разом з тим, використання методу міжканальних вимірювань у нових розробках, обмежує можливості останніх для вимірювання каналів низки вторинних мереж, таких, як радіомовлення, передавання газет, телебачення тощо. Крім того міжканальний спосіб вимірювання не дає повної інформації про АЧХ усередині частотних смуг каналів тональної частоти.

Все це загострило проблему вимірювання параметрів каналів і трактів без переривання зв'язку і порушило питання про повністю суміщені вимірювання.

Актуальність суміщених вимірювань обумовлено не тільки можливістю їхньої технічної реалізації, але й їхньою високою економічною ефективністю.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.

У рамках комплексної програми розвитку Єдиної національної мережі звязку (КП ЄНСЗ) України.

Метою дисертаційної роботи є розробка методів контролю КЗ.

Задачі дослідження:

Підвищення ефективності використання трактів багатоканальних систем передавання інформації шляхом автоматичного контролю їхніх параметрів у динамічному режимі.

Дослідження завадозахищеності вимірювальних сигналів в умовах передавання інформації та дії завад у системі.

Дослідження енергетики вимірювальних сигналів і розробка методу контролю перевантаження тракту.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

Розроблено методику вимірювання АЧХ трактів за допомогою гармонічного сигналу.

Доведена можливість вимірювання ЧХ трактів за допомогою складних сигналів.

Досліджено енергетику вимірювальних сигналів і визначено методику контролю перевантаження тракту.

Практичне значення одержаних результатів.

Результати теоретичних досліджень з вимірювання частотних характеристик трактів у динамічному режимі можуть бути основою для розробки ефективних систем контролю цих характеристик.

Розроблено пристрій для вимірювання АЧХ трактів за допомогою гармонічного сигналу.

Особистий внесок здобувача. Усі результати, що складають основний зміст дисертації, автор одержав самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, автору належать такі результати:

1. Розроблено методику розрахунків показників завадостійкості приймання інформаційних і вимірювальних сигналів.

2. Розроблено методологічні основи оперативного контролю параметрів трактів передавання, суміщеного з процесом передавання повідомлень.

3. Запропоновано метод оцінки перевантаження групових трактів БКСПІ по параметрах викидів випадкового процесу. Обгрунтовано граничні значення середнього числа викидів за одиницю часу в залежності від допустимої середньохвилинної потужності сигналу.

Апробація одержаних результатів.

Результати теоретичних і практичних досліджень автор оприлюднив у доповідях на конференціях УДАЗ ім. О.С. Попова у 1996-1998 рр.

Реалізація та впровадження одержаних результатів.

Одержані результати використовуються в проведених науково-дослідних роботах і в навчальному процесі Української державної академії зв'язку ім. О.С. Попова.

Публікації.

За матеріалами дисертації опубліковано 3 наукові праці.

Обсяг і структура роботи.

Робота складається зі вступу, чотирьох розділів і висновків. Загальний обсяг дисертації 114 стор. машинописного тексту, включаючи 11 ілюстрацій, 5 стор. списку літератури (55 найменування).

Основний зміст дисертації

вимірювальний сигнал енергетика автоматичний

У вступі викладено основні положення дисертаційної роботи і короткий зміст розділів.

У першому розділі розроблено класифікацію методів вимірювання ЧХ трактів, орієнтовану в основному на суміщені методи вимірювання, що дозволяють визначити ЧХ трактів без переривання зв'язку.

Рекомендовано нові напрямки досліджень сучасних вимірювань, пов'язані з застосуванням широкосмугових сигналів. Показано необхідність використання результатів теорії інформації для визначення оптимальних (з позицій суміщених вимірювань реальних трактів) алгоритмів обчислення ЧХ систем за значеннями її вхідного і вихідного сигналів, а також пошуків оптимальних сигналів.

Розглянуто суміщене вимірювання АЧХ трактів як за допомогою гармонічного, так і шумоподібного сигналів. Розраховано енергетичні співвідношення між вимірювальними й інформаційними сигналами в тракті, одержані допустимі значення потужності цих сигналів у каналі зв'язку.

Показано, що гармонічний сигнал з урахуванням попередньої фільтрації не поступається широкосмуговому за вхідними енергетичними показниками вимірювання АЧХ. Визначено мінімальне значення коефіцієнта компенсації при використанні для вимірювання сигналів з низьким рівнем.

Досліджено питання про суміщене кореляційне вимірювання АЧХ трактів за допомогою шумоподібних сигналів. Розроблено структурну схему кореляційного вимірювача АЧХ. Проведений аналіз роботи вимірювання показав, що його особливістю є застосування сигналу низького рівня й автоматичної компенсації вимірювального сигналу в тракті. Це дозволяє досягти достатньо високого рівня автоматизації вимірювання і контролю АЧХ.

У другому розділі розглянуто вплив лінійних спотворень на завадостійкість робочих і вимірювальних сигналів.

Визначено методику виділення вимірювального сигналу з шуму та можливість застосування ЛЧМ сигналів малого рівня для системи автоматичного контролю.

Показано, що при визначенні завадостійкості вимірювальних і робочих сигналів необхідно враховувати як енергію сигналів Е_i, так і коефіцієнти кореляції спотворених 'ij сигналів за наявності в каналі шуму N₀. За формулою

(1)

розрахована ймовірність правильного приймання і побудовані графічні залежності від характеристик каналу зв'язку.

Тут - інтеграл ймовірності.

Визначено зниження завадостійкості сигналів при спільному впливі адитивної завади і лінійних спотворень при некогерентому прийманні. Показано, що завадостійкість приймання залежить як від відношення сигнал/шум, так і від коефіцієнтів кореляції спотворених сигналів P'₁₂ і неспотворених сигналів. Слід зазначити, що ймовірність правильного приймання за розробленою методикою можна визначити як інформаційних сигналів, так і вимірювальних. Визначено особливості розрахунку ймовірності помилки для некогерентного сигналу. За допомогою одержаних формул можна установити ступінь впливу різних вимірювальних сигналів (ЛЧМ, ФМ, АМ та інших видів модуляції) на завадостійкість приймання інформаційних сигналів з різними лінійними спотвореннями, визначивши зміни коефіцієнтів кореляції.

За вперше одержаною формулою зроблено розрахунки на ЕОМ і побудовано графіки (рис. 1), що дозволяють визначити ймовірність помилки в залежності від співвідношення сигнал/шум і спотворень характеристик каналу зв'язку.

(2)

де А=2 [(1-₁₂₎cos(₂-₁)];

В=;

₁, ₂ - кути, за яких >0; h, x - абсциси формули Гаусса.

Проведено дослідження по застосуванню в схемі автоконтролю корелятора різницевої частоти. Зроблено розрахунки на ЕОМ і побудовані графічні залежності завадостійкості приймання від бази використовуваних сигналів.

Третій розділ присвячено виборам вимірювальних сигналів.

У цьому розділі зроблено вибір параметрів шумоподібного сигналу для оцінки характеристик каналу зв'язку, доведено однозначність визначення характеристик каналу по кореляційних функціях за допомогою теореми Віннера-Хінчина.

Показано, що між частотною характеристикою каналу і кореляційною функцією сигналу, що пройшов канал, існує однозначний і взаємнозворотний зв'язок.

Запропоновано методику розрахунку форми кореляційної функції ФМ сигналу на виході смугових фільтрів.

Приведено розрахунок кореляційних функцій ФМ сигналу на виході трактів з коефіцієнтами передавання, що змінюються монотонно, і побудовано графіки КФ при різних АЧХ трактів і ФЧХ (рис. 2).

Запропоновано метод для розрахунку перехідних процесів шляхом заміни кореляційної функції ломаною лінією, подаючи ломану лінію сумою рівнобедрених трикутників

(3)

де - тривалість елемента ФМ сигналу.

Показано, що для безрозривних функцій таке подання дає цілком прийнятну точність розрахунку.

Досліджено вплив каналу на кореляційні функції ЛЧМ сигналів, показано, що КФ вихідного сигналу повністю визначається відгуком каналу на одиничний імпульс g(t) і коефіцієнтом при імпульсній характеристиці .

Вирішено задачу розділення сигналів однакової статистичної природи, передаваних у збіжних тимчасових і частотних інтервалах шляхом використання «забарвлюваних» сигналів, що йдуть від радіоджерел з різною поляризацією, що максимізує поворотом антени відношення потужностей на виході погоджених фільтрів.

Четвертий розділ присвячено вимірюванню характеристик трактів багатоканальних систем передавання інформації.

Під час контролю трактів БКСПІ за допомогою спеціальних вимірювальних сигналів виникає небезпека перевантаження, що природно призводить до погіршення якості передавання, яке оцінюється нелінійними завадами в каналах і залежить від вірності виходу сигналу за межі робочого діапазону.

Таким чином, виникає потреба:

у дослідженнях впливу вимірювального сигналу на нелінійні завади в робочих каналах;

у виборі зручного для оперативного контролю критерію перевантаження тракту.

Запропоновано критерій завантаження трактів БКСПІ по викидах випадкового процесу, одержано формули для визначення середньої одночасної потужності та дисперсії потужностей відрізків сумарного сигналу тривалістю Т для пучка однорідних каналів.

Показано, що середнє число викидів випадкового процесу над заданим рівнем за Гауссовим законом розподілення щільності ймовірності визначається в БКСПІ виразом:

(4)

де n_ср - середнє число викидів над заданим рівнем,

х - максимально припустима величина пік-чинника групового сигналу

, (5)

Р_ср() - величина середньохвилинної потужності групового сигналу;

₁, ₂ - нижня і верхня граничні робочі частоти групового тракту.

Із цих виразів випливає, що величина n_ср функціонально пов'язана з середньохвилинною потужністю, але вимірювати її простіше, ніж середньохвилинну потужність.

Для прикладу взято лінійний тракт К-60П, досліджено залежність ймовірності перевищення заданого рівня від потужності вимірювального сигналу.

Виявлено, що при Р_пс=100 мВт ця ймовірність практично не змінюється. У результаті дослідження впливу рівня вимірювального сигналу на потужність нелінійних шумів і завад обмеження в каналі, показано, що при нормі на нелінійні шуми 0,75 пВт/км, потужність Р_пс може складати десятки мкВт для гірших варіантів завантаження.

У результаті досліджень залежності середнього числа викидів за секунду і середньої тривалості викиду від потужності вимірювального сигналу показано, що n_ср60 викидів за секунду являє собою значення, перевищення якого свідчить про перевантаження тракту.

Показано, що компенсація дозволяє істотно зменшити вплив вимірювального сигналу на інформаційний, тобто зменшити додаткову заваду від вимірювального сигналу. Побудовано залежності параметрів залишкового сигналу (вимірювальної завади) від параметрів вимірювального і компенсаційного сигналу без урахування завад.

Показано, що автопідстроювання фази сигналу, що компенсує, можна здійснити за допомогою стежної системи автономного регулювання.

Для підстроювання амплітуди компенсувального сигналу, необхідно застосовувати екстремальний регулятор.

Основні результати і висновки

1. Проведено аналітичні дослідження, розрахунки на ЕОМ і макетування пристроїв контролю багатоканальних систем передавання інформації БКСПІ з метою:

- підвищення ефективності використання трактів БКСПІ шляхом контролю їхніх параметрів у динамічному режимі;

- визначення впливу лінійних спотворень, флуктуаційних завад і додатково передаваних вимірювальних сигналів на завадостійкість інформаційних фазоманіпульованих сигналів;

- розробки методики розрахунків показників завадостійкості приймання інформаційних і вимірювальних сигналів.

2. Розроблено методологічні основи оперативного контролю параметрів трактів передавання, суміщених з процесом передавання повідомлень.

3. Досліджено зміну кореляційної функції ФМ сигналу на виході реальних трактів із фазочастотними характеристиками, що змінюються. Проведено оцінку впливу лінійних спотворень на завадостійкість ФМ сигналів.

4. Обгрунтовано кількісні співвідношення між потужностями вимірювального й інформаційних сигналів. Розвиті принципи компенсації вимірювального сигналу в складі прийманого групового сигналу МКСПІ.

5. Запропоновано метод оцінки перевантаження групових трактів БКСПІ по параметрах викидів випадкового процесу. Обгрунтовано граничні значення середнього числа викидів за одиницю часу в залежності від припустимої середньохвилинної потужності сигналу.

6. Застосування розроблених у дисертаційній роботі методів автоматичного контролю характеристик багатоканальних трактів передавання на виробництві дозволить відмовитися від регламентованих зупинок систем для планових вимірювань трактів і каналів зв'язку.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

Панфилов И.П., Аль-Гавагзех М.Ю. Помехоустойчивость некогерентного приема при линейных искажениях и аддитивной флуктуационной помехе // Информатика и связь. - Одесса: УГАС. - 1998. - С. 11 - 14.

Аль - Гавагзех М.Ю. Выбор параметров шумоподобного сигнала для оценки характеристик канала связи // Информатика и связь. - Одесса: УГАС - 1997. - С. 220 - 222.

Панфилов И.П. Аль-Гавагзех М.Ю. О разделении речевых сигналов, передаваемых в совпадающих временных и частотных интервалах // Труды УНИИРТ. - 1998. - №1 (15). - С. 87 - 88.

Размещено на Allbest.ru