Підвищення спектральної ефективності модемів з багатосмуговим передаванням символів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова

УДК 621.391:621.395

Підвищення спектральної ефективності модемів з багатосмуговим передаванням символів

Спеціальність 05.12.13 - Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Педяш Володимир Віталійович

Одеса 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Телекомунікаційні системи" Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова Державного комітету зв'язку та інформатизації України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент Брескін Валентин Олександрович, Одеська національна академія зв'язку ім. А.С. Попова, професор кафедри "Телекомунікаційні системи"

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Балашов Віталій Олександрович,Державне підприємство "Одеський науково-дослідний інститут зв'язку", директор

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Бірюков Микола Леонідович, Державне підприємство "Український науково-дослідний інститут зв'язку", начальник наукового відділу транспортних (первинних) мереж і мереж доступу

Захист відбудеться 5 жовтня 2007 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.816.01 в ОНАЗ ім. О.С. Попова, за адресою: 65029, м. Одесса-29, вул. Кузнечна, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ОНАЗ ім. О.С. Попова, за адресою: 65029, м. Одесса-29, вул. Кузнечна, 1.

Автореферат розісланий 17 серпня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради д.т.н., проф. А.М. Іваницький

багатоканальний модем інтерференція

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збільшення пропускної здатності транспортної мережі завжди було актуальною проблемою. Сьогодні основним шляхом розвитку транспортної мережі є побудова високошвидкісних трактів, які організовані за допомогою волоконно-оптичних систем передачі (ВОСП). Але на абонентській ділянці мережі, а також на багатьох ділянках транспортної мережі залишається прокладеним велика кількість електропровідного кабелю, який використовувався для багатоканальних систем передавання з частотним розподілом каналів (БСП з ЧРК). Одне із завдань цифровізації мережі полягає в усуненні застарілого обладнання БСП з ЧРК і подальшому використанні існуючого електропровідного кабелю для передачі цифрової інформації за допомогою високошвидкісних модемів (ВМ), що дозволить:

- на внутрішньозонових мережах застосувати найбільш прогресивні схеми захисту цифрових потоків приоритетних користувачів та зменшити потрібний рівень синхронних транспортних модулів кільцевих структур SDH за рахунок створення рокадних з'єднань між мережними вузлами, де прогнозується великий трафік;

- на мережах доступу організувати цифрові високошвидкісні абонентські лінії по фізичним колам існуючих електропровідних кабелів.

Передача дискретної інформації (ДІ) у робочому діапазоні частот модему може здійснюватися з використанням однієї або багатьох частотних смуг. В останньому випадку вхідний цифровий потік розбивається на кілька низькошвидкісних потоків, що передаються одночасно. Для підвищення спектральної ефективності (відносної швидкості модему) практикують спектральне перекриття частотних смуг з наділенням канальним сигналам властивостей лінійної незалежності. На цей час відомо ряд методів, що реалізують ідею багатосмугової передачі. Використання багатосмугової передачі дозволяє адаптуватися до параметрів середовища й досягти більшої швидкості передачі у порівнянні з односмуговою передачею ДІ. Збільшення швидкості передавання модема можна досягти за допомогою підвищення його спектральної ефективності та шляхом зменшення внутрішніх завад модема.

У цей час для вирішення завдання цифровізації електропровідного кабелю розроблено ряд модемів, що використовують принципи односмугової і багатосмугової передачі інформації. При цьому ряд підходів до побудови модемів необґрунтовано та не враховує особливостей середовищ передачі, що використовуються. Також у літературі відсутні чисельні значення таких важливих параметрів модему як: досяжна швидкість передачі в залежності від кількості смуг та виду ортогональних сигналів, характеристик наявних спотворень та шумів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проведені в дисертаційній роботі дослідження узгоджуються з “Концепцією розвитку зв'язку України до 2010 року”, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України №223/8 від 9.12.1999 р.

Тема дослідження відповідає держбюджетній науково - дослідній роботі "Дослідження ефективності цифроаналогових систем передачі", проведеній на кафедрі "Телекомунікаційні системи" Одеської національної академії зв'язку (ОНАЗ) ім. О.С. Попова, а також науковим планам кафедри.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є вирішення задачі збільшення спектральної ефективності систем передавання дискретної інформації (СПДІ) при роботі по існуючим кабелям багатоканальних систем з частотним розподілом каналів.

Основні завдання дисертаційної роботи полягають в:

1. Порівнянні методів багатоканальної передачі дискретної інформації за складністю та досяжними характеристиками.

2. Отриманні виразів для розрахунку пропускної здатності кіл електропровідних кабелів транспортної мережі та швидкості передавання модемів.

3. Дослідженні впливу неточності установки фази несучої і тактової частот тракту прийому модему на досяжну швидкість передачі.

4. Мінімізації міжсимвольної і міжканальної інтерференції при наявності залишкової погрішності корекції амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) тракту.

Об'єкт дослідження: процес передавання дискретної інформації багатоканальним модемом.

Предмет дослідження: алгоритми та характеристики функціонування багатоканальних модемів.

Методи дослідження: математичний аналіз, математичне та імітаційне моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Отримано аналітичні вирази для розрахунку пропускної здатності кіл електропровідних кабелів транспортної мережі та швидкості передавання модемів.

2. Показано, що швидкість передачі малосмугової СПДІ несуттєво відрізняється від швидкості передачі багатосмугової СПДІ.

3. Вирішена задача максимізації швидкості передачі СПДІ для малого числа каналів при лімітованому значенні середньої потужності передавача за рахунок оптимізації ширини смуги частот сигналу модема.

4. Встановлено аналітичний взаємозв'язок між збільшенням допустимої захищеності та величиною відхилення фаз несучої і тактової частот від оптимальних значень. Показана можливість зменшення допустимої захищеності за допомогою взаємної компенсації фаз несучого і тактового коливань.

5. Вирішена задача мінімізації міжсимвольної і міжканальної інтерференції при наявності залишкової погрішності корекції АЧХ тракту за рахунок вибору оптимального значення фази несучого коливання демодулятора.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Отримані значення пропускної здатності кіл електричних кабелів можуть бути використані розробниками модемів для оцінки ступеня наближення швидкості передачі до граничного значення.

2. Отримані чисельні значення швидкості передачі малоканальних і багатоканальних СПДІ можуть застосовуватися операторами зв'язку для оцінки доцільності побудови ЦСП модемного типу.

3. Досліджена можливість побудови малосмугових СПДІ дозволяє зменшити час затримки сигналу в цифровому лінійному тракті та використовувати цифрові тракти для мовного трафіку.

4. Отриманий алгоритм максимізації швидкості передачі малоканального модема при фіксованому значенні середньої потужності передавача може бути використаний розробниками при проектуванні модемів для розглянутих середовищ передавання.

5. Можливість взаємної компенсації фаз несучої і тактової частот може бути використана розробниками при проектуванні відповідних вузлів модемів.

6. Розроблений алгоритм зменшення міжканальної інтерференції рекомендується до використання в нових багатоканальних модемах.

Індивідуальний внесок здобувача. Всі надруковані автором наукові праці написані одноосібно, за винятком роботи [5]. В цій роботі особисто автором були отримані аналітичні вирази для імпульсних характеристик багатоканального модема з односмуговою модуляцією.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися:

1. На 3-й Міжнародній науково-технічній конференції "Техніка і технології зв'язку", м.Одеса, 11-13 вересня 2001 р.

2. На четвертому Міжнародному науково-технічному семінарі "Інформаційні технології в навчальному процесі", м. Одеса, 25-28 червня 2003 р.

3. На 6-й Міжнародній НТК "Телеком - 2003 Сучасні проблеми телекомунікацій", м. Одеса, 19-22 серпня 2003 р.

4. На 10-му Міжнародному форумі "Радіоелектроніка і молодь в XXI столітті", м. Харків, 10-12 квітня 2006 р.

5. На III Міжнародній науково-технічній конференції студентства та молоді "Світ інформації та телекомунікацій-2006", м. Київ, 26-27 квітня 2006 р.

6. На Міжнародній науково-технічній конференції "Молодь і сучасні проблеми радіотехніки й телекомунікацій РТ-2006", м. Севастополь, 17-21 квітня 2006 р.

7. На 9-тій Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії TCSET-2006", м. Славско, 28 лютого - 4 березня 2006 р.

Публікації. По темі дисертації автором опубліковано 12 праць. Основний зміст дисертаційної роботи опубліковано в 5 наукових журналах ВАК і в 7 статтях праць конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків і двох додатків. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 161 сторінку, з них 11 сторінок з рисунками, 9 сторінок з таблицями, 10 сторінок додатків. Список використної літератури на 10 сторінках включає 100 найменувань.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми, відповідність науковим програмам, наукова новизна і практична цінність, визначені об'єкт і предмет дослідження, наведена загальна характеристика роботи.

У першому розділі проведено аналіз побудови модемів для роботи по колам електропровідних кабелів. На його основі зроблено висновок про те, що використовувані в модемах методи передачі не враховують специфіки вищевказаних середовищ передачі. Виконано огляд методів передачі ДІ за допомогою однієї та багатьох несучих частот (тобто багатоканальний). Показано, що найбільшу швидкість передачі і адаптацію до параметрів конкретного середовища передачі забезпечує багатоканальний метод передачі ДІ. Наведено умови відсутності міжсимвольної і міжканальної інтерференцій. Розглянуті методи підвищення швидкості передавання шляхом оптимального вибору спектральної щільності потужності передавача.

На підставі проведеного аналізу стану питання сформульовані мета і завдання досліджень.

У другому розділі розглянуті принципи побудови багатоканальної системи передавання з односмуговою модуляцією (ОМ), яка забезпечує найбільшу стійкість до вузкосмугових завад і спотворень АЧХ середовища передачі. Наведено умови відсутності міжканальної інтерференції. Показано, що застосуванню СПДІ з ОМ для роботи із зазначеними середовищами передачі в існуючій літературі не приділено достатньої уваги. Зокрема, не проведена оцінка пропускної здатності кіл кабелю та швидкості передачі модема з указанням відповідної методики. Також не встановлено ступінь впливу дестабілізуючих факторів на основні параметри СПДІ.

Для проведення подальших досліджень дисертаційної роботи вибрано теоретичні і емпіричні методи. Вказано, що теоретичні викладки бажано підтверджувати також шляхом проведення імітаційного моделювання на персональному комп'ютері.

У третьому розділі проведено дослідження пропускної здатності кабельних кіл первинної мережі. Максимальне значення пропускної здатності досягається шляхом оптимізації спектрального розподілу потужності сигналу передавача за допомогою спеціальних алгоритмів. У дисертаційній роботі розглянуті та зіставлені наступні три алгоритми: водоналивний, Хафса-Хертога і Чау.

Захищеність від власних шумів на вході приймача розраховується виходячи зі значення мінус 140 дБм у смузі 3,1 кГц:

(1)

де p_пер(f) і p_пр(f) - відповідно рівні потужності на виході передавача і на вході приймача, дБм;

(f) - коефіцієнт загасання, дБ/км;

L - довжина кабелю, км.

Відомо, що в коаксіальному кабелі переважають власні шуми, тому очікувана захищеність А_зоч(f)=А_звш(f).

В симетричному кабелі окрім власних шумів необхідно врахувати також завади внутрішньочетвіркових і міжчетвіркових впливів на дальньому кінці лінії через відповідні захищеності: А_зд-вв(f) і А_зд-мв(f). При підсумовуванні перешкод з нормальним законом розподілу на вході приймача, очікувана захищеність для симетричного кабелю дорівнює:

. (2)



Чисельним методом було розраховано пропускну здатність кола електропровідного кабелю з використанням оптимізації спектрального розподілу потужності передавача за допомогою водоналивного алгоритму. Також було розраховано значення пропускної здатності з використанням оптимізаційних алгоритмів Хафса-Хертога і Чау. Як і передбачалося, використання всіх трьох оптимізаційних алгоритмів дає практично однакове значення пропускної здатності. Спираючись на цей факт, для зручності використання, подальші обчислення пропускної здатності проводилися із застосуванням алгоритму Чау.

Чисельні значення пропускної здатності розповсюджених типів електропровідного кабелю, наведені в табл. 1, підтверджують доцільність проведення подальших досліджень у даному напрямку. Розрахунки показали, що пропускній здатності симетричного кабелю МКСА відповідає 5 потоків Е1 (по 2,048 Мбіт/с кожний), а кабелю МКТ-4 - 50 потоків Е1.

Таблиця 1

Пропускні здатності кіл електропровідних кабелів

Кабель	pсрмакс, дБ	L, км	C, Мбіт/с	Fмакс, МГц
МКСА-441,2	1	23	11,6	1,1
МКСА-741,2	1	23	11,3	1,1
МКТ-4	-6	6	104,2	9,3
КМБ-4	6	6	568,3	47,0
	3	3	1743,9	154,1

Особливий інтерес представляє використання попередніх спотворень сигналу передавача, що полягає в збільшенні рівня вихідного сигналу з ростом частоти. Даний метод добре зарекомендував себе в БСП з ЧРК, де одержав широке поширення. У роботі розглянуто варіант введення спотворень, коли потужність у першому каналі дорівнює P₁, а в кожному наступному каналі збільшується на величину P. Сумарне значення потужності передавача розраховується по формулі суми членів арифметичної прогресії. При P=0 обчислення по даному методу зводяться до розглянутого раніше алгоритму Чау. Розрахунок (табл. 2) показав, що введення попередніх спотворень потужності в коаксіальному кабелі приводить до зменшення пропускної здатності на 3,9 % у порівнянні зі значенням, обчисленим з використанням водоналивного алгоритму. Це викликано істотною відмінністю розподілу потужності сигналу від оптимального (водоналивного). Співпадання у симетричному кабелі характеру розподілу потужності сигналу при спотвореннях з оптимальним приводить до збільшення пропускної здатності на 1,7 %. Мале значення величин (3,9% і 1,7%) дозволяє зробити висновок про недоцільність роботи з попередніми спотвореннями.

Четвертий розділ присвячений дослідженню пікфактора сигналу на виході фільтра передачі; отриманню виразів для розрахунку швидкості передачі модему при роботі по колам коаксіального і симетричного кабелів; обчисленню відповідних чисельних значень.

Таблиця 2

Вплив попередніх спотворень на пропускну здатність кіл електропровідних кабелів

Кабель	Розподіл потужності	С, Мбіт/с
МКТ - 4	По водоналивному алгоритму	104,3
	Зі спотвореннями (P =P1 )	100,1
МКСА-441,2	По алгоритму Хафса-Хертога	11,7
	Зі спотвореннями (P =P1 )	11,8

Збільшення відношення сигнал/шум на прийомі досягається шляхом використання узгодженої фільтрації. При роботі "на себе", АЧХ отриманого тракту повинна задовольняти критерію Найквіста. Тому подальші дослідження проводилися для варіанта АЧХ фільтра передачі у вигляді квадратного кореня з АЧХ фільтра Найквіста (SQRT фільтр).

Пікфактор сигналу на виході передавального фільтра залежить від двох параметрів: коефіцієнта багатопозиційного кодування вхідного сигналу і коефіцієнта згладжування фільтра Найквіста . Тому пікфактор зручно представити у вигляді двох відповідних доданків:

, (3)

де p_mпер та p_rпер - складові величини пікфактора відповідно за рахунок багатопозиційного кодування й фільтрації.

Доданок пікфактора, викликаний багатопозиційним кодуванням, розраховувався по формулі:

. (4)

Величину доданка p_rпер можна розрахувати двома методами: по імпульсній характеристиці та її огинаючій. Пікфактор сигналу на виході нижньочастотного фільтра Найквіста доцільно визначати першим методом (по імпульсній характеристиці h(t)):

, (5)

де nk - кількість відліків імпульсної характеристики, що враховуються;

T_c - символьний інтервал;

T- інтервал зсуву відносно оптимальних точок відліку.

Величина T залежить від r і підбирається по максимуму відповідного значення p_rпер. Вираз для розрахунку p_rпер смугового SQRT фільтра Найквіста аналогічний (5), але із заміною імпульсної характеристики h(t) на її огинаючу u_огин(t).

Результати розрахунку (табл. 3) показують, що пікфактор сигналу на виході смугового фільтра Найквіста приблизно на 5 дБ більше, ніж нижньочастотного. Для спрощення подальших обчислень, результати табл. 3 були апроксимовані формулами відповідно для нижньочастотного

(6)

і смугового фільтра Найквіста

. (7)

Конкретне значення коефіцієнта згладжування r необхідно вибирати в залежності від використовуваного середовища передавання (кабель або груповий тракт) та параметрів вузлів, що застосовуються в модемі.

Таблиця 3

Залежність пікфактора від коефіцієнта згладжування фільтра Найквіста

Параметр	Тип фільтра	r
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
prпер (r), дБ	нижньочастотний	7,4	5,4	4,0	2,8	2,3	2,2	1,9	1,8	1,7	1,6
	смуговий	12,0	10,5	9,4	8,7	8,1	7,5	6,9	6,5	6,2	5,9

Швидкість передачі СПДІ з ОМ (системи Чанга) на N підканалів дорівнює сумі швидкостей кожного з підканалів:



, (8)

де B_n - швидкість передачі підканала ;

f_симв - символьна швидкість;

m_n - кількість біт, передана одним символом багатопозиційного коду.

Коефіцієнт багатопозиційного кодування m_n визначається виходячи з рівності очікуваної А_зоч і допустимої А_здоп захищеностей:

(9)

де й - відповідно рівень потужності прийнятого сигналу і власного шуму в смузі частот каналу ;

- допустима ймовірність помилки біта.

Порівняння фільтрів Найквіста з лінійною і косинусоїдальною формою перехідної області показало, що більше значення очікуваної захищеності відповідає косинусоїдальній формі, яка і була прийнята для подальших розрахунків. Побудована з використанням алгоритму Чау залежність швидкості передачі від кількості підканалів (рис. 1) показує, що вже при числі підканалів більше чотирьох швидкість передачі несуттєво відрізняється від значення багатоканального варіанта. Аналогічний характер також має залежність для симетричного кабелю МКСА.

Розрахунки показують, що збільшення коефіцієнта перехідної області приводить до зниження швидкості передачі, оскільки збільшується потужність шумів у смузі підканала.

Оскільки алгоритм Чау не є оптимальним, для малоканального модему був розроблений удосконалений алгоритм Хафса-Хертога з оптимізацією використовуваної смуги частот, що дозволило підвищити швидкість передачі приблизно на 10 %.

Рисунок 1 Залежність швидкості передачі модему для кабелю МКТ-4 від кількості каналів

Для спрощення побудови передавального й прийомного банку фільтрів кількість підканалів системи повинна бути степенем числа 2, тому швидкість передачі в табл. 4 розрахована для 4-х і 8-ми підканалів при . Порівнюючи результати із пропускною здатністю (табл. 1) можна зробити висновок про досягнення швидкістю передачі при значення порядку 60% від пропускної здатності.

Таблиця 4

Швидкості передачі модемів для електропровідних кабелів транспортної мережі

Тип кабелю	Кількість каналів	,дБм	, Мбіт/с
			=0,5	=1
МКТ-4	4	-6	54,65	48,63
		15	99,11	87,9
	8	-6	60,93	55,9
		15	110,55	102,54
МКСА-441,2	4	1	6,14	5,60
		15	7,84	7,22
	8	1	6,50	6,27
		15	8,38	7,92
МКСА-741,2	4	1	5,95	5,52
		15	7,84	7,05
	8	1	6,46	6,06
		15	8,19	7,68

У п'ятому розділі досліджено вплив неточності установки фаз несучих і тактової частот; побудована математична модель кола електропровідного кабелю та СПДІ з ОМ; розроблено алгоритм мінімізації міжканальної інтерференції.

За допомогою математичної моделі системи Чанга, побудованої в MatLab, було встановлено, що виникаюча при нестабільній роботі генераторного обладнання (ГО) інтерференційна завада має нормальний усічений (НУ) закон розподілу. Даний закон описується двома параметрами: дисперсією та піковим значенням , які можна розрахувати по відлікам імпульсної характеристики.

Оскільки в системі Чанга спектр кожного підканалу перекривається по смузі частот із двома сусідніми, для розрахунку параметрів інтерференційної завади варто ввести наступні змінні:

1) - імпульсний відгук на виході фільтра канала при подачі на вхід канала сигналу у вигляді одиничного відліку;

2) - імпульсний відгук на виході фільтра канала при подачі на вхід канала сигналу у вигляді одиничного відліку;

3) - імпульсний відгук на виході фільтра канала при подачі на вхід канала сигналу у вигляді одиничного відліку.

Аналогічними індексами в подальшому пронумеровано також складові і .

Імпульсні відгуки обчислюються зворотним перетворенням Фур'є по спектру сигналу на виході прийомного фільтра. Результуючі значення дисперсії і пікового значення розраховуються по формулам:

(10)

, (11)



де і - відповідно відхилення фази несучого і тактового коливання каналу , рад.

Збільшення коефіцієнта згладжування фільтрів передавача і приймача приводить до зменшення значень і . Отже, з погляду зменшення впливу нестабільності роботи ГО на результуючі параметри всієї СПДІ варто вибирати =1.

Результати розрахунку параметрів інтерференційної завади по виразам (10) і (11) (рис. 2) показують взаємну компенсацію завад, які виникають в результаті відхилення фаз несучого і тактового коливань від оптимальних значень. Даний рисунок показує, що відхилення фази тактової частоти можна частково компенсувати зміною фази несучого коливання на величину . З іншого боку, відхилення фази несучої частоти можна частково компенсувати підстроюванням фази тактового коливання на величину . Аналогічний характер мають графіки для багатоканальної КАМ модуляції (система Зальтзберга), але фазу компенсаційного коливання потрібно брати з протилежним знаком: і .

Розроблено методику розрахунку зменшення очікуваної захищеності по відомим величинам: , і . Проведене порівняння багатоканальних модемів з КАМ та ОМ по втраті очікуваної захищеності внаслідок відхилення фаз несучої і тактової частот (рис. 3Рисунок 333) показує, що найбільший вплив на розкриття око-діаграми прийомного сигналу має відхилення фази несучого коливання. Без взаємної компенсації КАМ і ОМ мають однакову стійкість до відхилення фази несучого коливання від оптимального значення. При використанні взаємного підстроювання фаз, фазовий запас КАМ по несучому коливанню на 15% більше порівняно з ОМ. Але фазовий запас ОМ по тактовому коливанню при корекції фаз на 40% більше ніж у КАМ, тому в багатоканальному модемі доцільніше використовувати саме ОМ.

а б

Рисунок 2 Залежність параметрів інтерференційної завади від величини відхилення фази несучої і тактової частот при =1:

а) пікове значення;

б) дисперсії

а б

Рисунок 3 Визначення фазового запасу:

а) несучого коливання;

б) тактового коливання



Для зменшення міжканальної інтерференції в СПДІ на підканалів () розроблено наступний алгоритм, що рекомендується виконувати на етапі ініціалізації системи:

1. Подати сигнал (символ з одиничною амплітудою) у підканал 2 і наступним підстроюванням фази демодулятора в межах досягти мінімуму суми відліків сигналу на виході підканала 1.

2. Присвоїти змінній номер підканалу, що впливає : =1.

3. Подати сигнал (символ з одиничною амплітудою) у підканал і наступним підстроюванням фази демодулятора в межах досягти мінімуму суми відліків сигналу на виході підканалу ( +1).

4. Якщо , перейти до кроку 6.

5. і перейти до кроку 3.

6. Підстроювання фази демодуляторів завершено.

Побудована математична модель системи і середовища передачі підтвердили працездатність запропонованого алгоритму.



ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі проведено аналіз функціонування СПДІ з багатосмуговою передачею символів і на його основі запропоновано ряд нових рішень наукового завдання, пов'язаного із визначенням основних характеристик багатосмугової системи передачі з ОМ при використанні в якості середовища поширення кіл електропровідних кабелів розповсюджених БСП з ЧРК.

Основні результати досліджень полягають у наступному:

1. Отримано аналітичні вирази для розрахунку пропускної здатності кіл металевих кабелів, розповсюджених на транспортній мережі України і країн СНД. На основі отриманих значень пропускної здатності виконано порівняння трьох оптимізаційних алгоритмів спектрального розподілу потужності вихідного сигналу. Показано, що використання оптимізаційних алгоритмів в однакових умовах дозволяє досягти практично однакових значень пропускної здатності. Доведено, що використання попередніх спотворень потужності сигналу передавача є неефективним у порівнянні з вищевказаними оптимізаційними алгоритмами.

2. Отримано вирази для розрахунку пікфактора сигналу на виході фільтра Найквіста по імпульсній характеристиці та її огинаючій. Показано, що пікфакор сигналу на виході зазначеного фільтра залежить від двох параметрів: коефіцієнта багатопозиційного кодування вхідного сигналу m і коефіцієнта згладжування r. Величина пікфактора дорівнює сумі двох відповідних доданків. Розраховано табульовані значення складової пікфактора, що залежить від r для низькочастотного і смугового варіанту SQRT фільтра Найквіста. Наведено відповідні апроксимаційні вирази, які використані в розділі 4 при розрахунку швидкості передачі багатосмугової СПДІ.

3. Запропоновані аналітичні вирази для розрахунку швидкості передачі модема з односмуговою модуляцією та отримані відповідні чисельні значення для деяких типів коаксіального й симетричного кабелю, що розповсюджені на транспортній мережі. Встановлена залежність швидкості передачі СП Чанга від кількості використовуваних смуг. Доведено, що швидкість СП із малою кількістю смуг (4N10) несуттєво (на 4 - 8%) менше значення, що відповідає багатосмуговій системі (N=200). Розроблено алгоритм максимізації швидкості передачі малосмугової СП.

4. Отримано аналітичні вирази для розрахунку амплітуди завад міжсимвольної і міжканальної інтерференції, що викликана неточністю установки фаз несучого і тактового коливань прийомної частини СП. Отримано табульовані значення амплітуди зазначених завад. Експериментально доведена їх правильність за допомогою побудованої математичної моделі модема з односмуговою модуляцією.

5. Встановлено взаємозв'язок між амплітудою завад, перерахованих у пункті 4 даного висновку і втратою очікуваної захищеності (розділ 4 дисертаційної роботи).

6. Розроблено алгоритм мінімізації завад міжсимвольної і міжканальної інтерференції при наявності залишкової погрішності корекції АЧХ середовища передачі, що з успіхом може бути використаний при практичній реалізації модему.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Педяш В.В. Расчет пропускной способности цепи металлического кабеля первичной сети // Наукові праці ОНАЗ ім. О. С. Попова. - 2003. - № 2. - С. 66-69.

2. Педяш В.В. Влияние предыскажений сигнала на пропускную способность цепей металлического кабеля // Наукові праці ОНАЗ ім. О. С. Попова. - 2003. - № 4. - С. 69-73.

3. Педяш В.В. Расчет пикфактора сигнала модема // Наукові праці ОНАЗ ім. О.С. Попова. - 2005. - № 1. - С. 92-97.

4. Педяш В.В. Параметры интерференционной помехи многочастотного модема с однополосной модуляцией // Праці УНДІРТ. - 2006. - № 4 (48). - С. 60-68.

5. Брескін В.А., Педяш В.В. Фазовый запас модема с многими несущими // Наукові праці ОНАЗ ім. О.С. Попова. - 2006. - № 2. - С. 96-102.

6. Педяш В.В. Использование технологий САР и DMT для цифровизации линий магистрального кабеля // Сборник докладов 3-й международной научно-технической конференции "Техника и технология связи". - Одесса: УГАС. - 2001. С. 232- 242.

7. Педяш В.В. Пропускная способность информационных каналов // Сборник работ четвертого международного научно-методического семинара. "Информационные технологии в учебном процессе". - Одесса: ЮГПУ. - 2003. - С. 73-74.

8. Педяш В.В. Удельная пропускная способность линий передачи металлического кабеля // 6-я Международная конференция по телекоммуникациям "Современные проблемы телекоммуникаций" (НТК-ТЕЛЕКОМ-2003). - Одесса: ОНАС им. А.С. Попова. -2003. - С. 90-91.

9. Педяш В.В. Digitization of a copper cable of a primary network // Материалы 9-й Международной научно-технической конференции "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії TCSET-2006". - Львов: Национальный университет Львовская политехника. - 2006 . - С. 440-441.

10. Педяш В.В. Оптимизация мощности группового сигнала малоканального модема // Материалы 10-го международного форума "Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке". - Харьков: ХНУРЭ. - 2006. - С. 110.

11. Педяш В.В. Алгоритм оптимизации мощности сигнала малополосного модема // Материалы международной молодежной научно-технической конференции аспирантов и ученых "Молодежь и современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2006". - Севастополь: СевНТУ. - 2006. - С. 47.

12. Педяш В.В. Влияние некогерентности приема на межканальные переходы системы Чанга // Материалы 3-й международной научно-технической конференции студенчества и молодежи " Світ інформації та телекомунікацій-2006". - Киев, ДУИКТ. - 2006. - С. 45.



АНОТАЦІЇ

Педяш В.В. Підвищення спектральної ефективності систем з багатосмуговим передаванням символів. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій. - Одеська національна академія зв'язку ім. О.С.Попова, Одеса, 2007.

Дисертаційна робота присвячена розробленню методів збільшення спектральної ефективності систем передавання дискретної інформації з багатьма несучими та односмуговою модуляцією за рахунок вибору оптимальних параметрів групового сигналу при роботі по металевим кабелям первинної мережі. Запропоновано методику розрахунку пропускної здатності та швидкості передавання з наведенням відповідних чисельних результатів. Представлено методику розрахунку пікфактора сигналу на виході фільтру Найквіста. Розроблено алгоритм зменшення інтерференції поміж підканалами при наявності спотворень середовища передавання.

Ключові слова: фільтр Найквіста, пікфактор, спектральна ефективність, односмугова модуляція, системи передачі дискретної інформації, пропускна спроможність, багаточастотний модем.

Pedyash V.V. Increase of spectral efficiency of systems with multiband transmission of symbols. - The manuscript. Dissertation manuscript for the candidate's degree of technical science in specialty 05.12.13 - Radio Technology Devices and Telecommunications Means. - Odessa national academy of telecommunications by name A.S. Popov, Odessa, 2007.

The dissertation is devoted to development of methods of increase of spectral efficiency of transmission systems of the discrete information with many carriers and a single-sideband modulation by choose optimum parameters of a composite signal at work on metal cables of a primary network.

The design procedure of transmission capacity and transfer speed is offered with the corresponding numerical results. The design procedure crest factor a signal on an output of Nyquist filter is presented. The algorithm of decrease of an interference between subchannels is developed at presence of distortions of a transmission media.

Keywords: Nyquist filter, crest factor, spectral efficiency, a single-sideband modulation, transmission systems of the discrete information, transmission capacity, multicarrier modem.

Педяш В.В. Повышение спектральной эффективности систем с многополосной передачей символов. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций. - Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, 2007.

Диссертационная работа посвящена разработке методов увеличения спектральной эффективности систем передачи дискретной информации (СПДИ) с многими несущими и однополосной модуляцией посредством выбора оптимальных параметров группового сигнала при работе по электрическим кабелям первичной сети.

Предложена методика и соответствующие алгоритмы для расчета пропускной способности цепей электрических кабелей МСП с ЧРК, распространенных на первичной сети. Проведенное сравнение трех алгоритмов оптимизации мощности группового сигнала многоканального модема (водоналивного, Чау и Хафса-Хэртога) показало, что в одинаковых условиях они дают практически идентичное значение пропускной способности. Доказано, что использование предыскажений сигнала передатчика неэффективно по сравнению с вышеуказанными оптимизационными алгоритмами.

Предложены алгоритмы численного расчета пикфактора сигнала на выходе низкочастотного и полосового фильтра Найквиста по импульсной характеристике и ее огибающей соответственно. Установлено, что пикфактор сигнала на выходе низкочастотного фильтра на 6 дБ меньше аналогичной величины на выходе полосового фильтра. Полученные табулированные значения пикфактора аппроксимированы соответствующими выражениями.

Разработаны алгоритмы оценки скорости СПДИ с многими несущими и однополосной модуляцией при использовании в качестве среды передачи коаксиальных и симметричных кабелей первичной сети. Для уменьшения времени задерживания сигнала в линии, включающей несколько модемов, предложен модем с небольшим количеством полос (до 10). Доказано, что, что скорость передачи малополосного модема несущественно меньше соответствующего значения многополосной системы. Разработан алгоритм оптимизации мощности группового сигнала для модема с небольшим количеством полос.

Установлено, что наличие отклонения фаз несущего и тактового колебаний в демодуляторе приемника приводит к возникновению на приеме интерференционной помехи. Ее мгновенные значения имеют усеченный нормальный закон распределения, который описывается дисперсией и пиковым значением. Получены аналитические выражения для расчета указанных параметров помехи. Построенная математическая модель СПДИ подтвердила достоверность полученных результатов. Показано, что отклонение фазы несущей частоты можно частично скомпенсировать изменением фазы тактовой частоты на величину, пропорциональную .

Предложен алгоритм минимизации помех межсимвольной и межканальной интерференции при наличии искажений АЧХ среды передачи.

Ключевые слова: фильтр Найквиста, пикфактор, спектральная эффективность, однополосная модуляция, система передачи дискретной информации, пропускная способность, многополосный модем.

Размещено на Allbest.ru

...