Адаптивная обработка сигналов QAM в фантомных цепях симметричных кабелей связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Адаптивная обработка сигналов QAM в фантомных цепях симметричных кабелей связи

Технический и научный прогресс последних лет привел к резкому возрастанию объемов передаваемой информации, что соответственно требует увеличения числа каналов сетей связи. Радикальным решением этой проблемы является замена существующих линий на основе медного симметричного кабеля на волоконно-оптические, а также создание цифровых радиорелейных и спутниковых систем. Вместе с тем, это требует существенных материальных затрат, кроме того, замена исправной кабельной линии на основе симметричного кабеля на волоконно-оптическую линию не всегда является экономически целесообразной. Следовательно, еще длительное время на сети будут существовать системы передачи, работающие по симметричным парам одного кабеля.

Более экономичным решением представляется модернизация систем передачи для более полного использования пропускной способности симметричных кабелей.

Увеличение пропускной способности существующих систем передачи сопряжено с неизбежным возникновением сильных переходных влияний между каналами. До недавнего времени невозможность реализовать алгоритмы компенсации этих воздействий сдерживала темпы увеличения пропускной способности симметричных кабелей связи.

Применение современных технологий обработки сигналов с использованием сигнальных процессоров позволяет реализовать потенциальные возможности симметричных кабелей связи. К настоящему времени широкое распространение получили методы адаптивной обработки сигналов, применяемые при передаче данных по каналам тональной частоты и при организации высокоскоростных цифровых абонентских линий xDSL).

Системы передачи, использующие методы xDSL, позволили максимально использовать пропускную способность абонентских линий городских телефонных сетей (АЛ ГТС), обеспечив организацию по одной физической паре абонентского кабеля высокоскоростного цифрового потока.

Абонентские кабели связи имеют большое число физических пар, поэтому проблему «цифровизации» и увеличения пропускной способности кабелей ГТС в значительной степени можно считать разрешенной. Сложнее аналогичная задача стоит при замене систем передачи, работающих по кабелям малой емкости (одночетверочные) на зоновых и магистральных сетях.

Поскольку полная замена всех «традиционных» систем передачи за короткое время невозможна, то на первом этапе представляется целесообразным замена устаревшего оборудования при тех же линейных сооружениях без врезки дополнительных промежуточных регенераторов с возможностью увеличения числа каналов. Данная задача может быть решена несколькими путями, один из которых заключается в применении однополосного двухпроводного дуплексного метода передачи с организацией искусственных (фантомных) цепей (ФЦ).

Вопросам построения высокоэффективных дуплексных цифровых систем передачи уделено значительное внимание и посвящен ряд работ. На сегодняшний день существуют алгоритмы адаптивной обработки сигналов применительно к технологиям амплитудно-импульсной модуляции (РАМ технология), квадратурной амплитудной модуляции (QAM технология), цифровой многочастотной модуляции (DMT технология).

В диссертации стоит задача разработки на основе искусственных цепей симметричных кабелей малой емкости дуплексных ЦСП ФЦ, обеспечивающих высокую удельную скорость передачи информации, с применением QAM-технологии. Сложность построения таких систем передачи заключается в наличии межсимвольной интерференции (МСИ), межканальных переходов (МКП), переходных влияний между соседними парами кабеля, переходных влияний между симметричными цепями и искусственной цепью, эхо сигналов, расхождений частот генераторов и гауссовского шума.

Цели и задачи диссертации. Целью диссертации является разработка высокоэффективных ЦСП, построенных на основе физических пар симметричных кабелей и искусственных цепей при наличии в трактах МСИ, взаимного влияния соседних симметричных цепей, взаимного влияния симметричных цепей и искусственной, электрического эха и гауссовского шума.

Указанная цель достигается путем построения алгоритмов оптимальной адаптивной обработки сигналов для ЦСП ФЦ на основе созданной модели взаимодействия основных симметричных цепей и искусственной с учетом оценки потенциальных возможностей искусственных цепей.

Вопросы построения ЦСП QAM на основе искусственных цепей симметричного кабеля рассматриваются впервые, поэтому в диссертационной работе ставятся для решения следующие задачи.

1. Построение моделей линейных трактов ЦСП ФЦ применительно к дуплексной передаче цифровых сигналов QAM в симметричных и искусственных цепях одночетверочного кабеля при наличии МСИ, переходных влияний между симметричными цепями, переходных влияний между искусственной и симметричными цепями, эхосигналов и гауссовского шума.

2. Оценка потенциальных возможностей ЦСП ФЦ по скорости передачи и допустимой вероятности ошибки.

3. Обоснование и выбор критерия оптимизации ЦСП ФЦ, построение на его основе алгоритма оптимальной обработки сигналов QAM.

4. Разработка и анализ алгоритмов адаптации оптимальных приемников-регенераторов ЦСП ФЦ.

5. Разработка программ статистического моделирования алгоритмов оптимальной адаптивной обработки сигналов QAM в ЦСП ФЦ для условий сложной помеховой обстановки.

Методы исследований. При выполнении исследований были использованы методы теории оптимальной линейной фильтрации дискретных и непрерывных процессов, теории адаптации, теории цепей и сигналов, теории информации, теории вероятностей, теории матриц, методы математической статистики и компьютерного моделирования.

Научная новизна. Основными результатами диссертации, обладающими научной новизной, являются:

- модель линейного тракта искусственной цепи, построенной на основе двух симметричных цепей одного кабеля для условий передачи цифровых сигналов QAM, при наличии в трактах МСИ, МКП, переходных влияний между симметричными цепями, переходных влияний между симметричными цепями и искусственной, сигналов эха, сдвига частот и флуктуационного шума;

- оценка потенциальных возможностей тракта ЦСП ФЦ по помехозащищенности и вероятности ошибки применительно к технологии QAM;

- алгоритмы оптимальной обработки сигналов QAM в трактах ЦСП ФЦ для условий сложной помеховой обстановки;

- алгоритмы адаптации оптимальных регенераторов ЦСП ФЦ.

Практическая ценность. В диссертационной работе созданы алгоритмы оптимальной адаптивной обработки сигналов QAM в ЦСП ФЦ, обеспечивающие реализацию скорости передачи информации, близкой к потенциально возможной.

Разработан программный пакет для моделирования алгоритмов оптимальной адаптивной обработки сигналов в регенераторах ЦСП ФЦ.

Реализация результатов работы. Результаты диссертации используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций и на факультете повышения квалификации работников связи.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертации обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций. По результатам диссертации подготовлено 12 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Работа содержит 143 страницы текста, 24 рисунка и список литературы из 82 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту:

- разработанная математическая модель адекватно отражает линейный тракт ЦСП ФЦ применительно к QAM-технологии, учитывает действие в тракте МСИ, МКП, переходных влияний на ближнем и дальнем концах, ближнего эха и флуктуационного шума;

- существующие тракты аналоговых систем передачи по потенциальным возможностям позволяют реализовать в том же диапазоне частот не меньшее число цифровых каналов с качественно лучшими характеристиками;

- оптимальный приемник-регенератор сигнала ЦСП ФЦ должен содержать адаптивный компенсатор межсимвольной интерференции и межканальных переходов, адаптивные компенсаторы переходных влияний на ближнем и дальнем концах, компенсатор ближнего эха и экстраполятор текущей фазы;

- адаптация регенератора ЦСП ФЦ и реализация оптимальных характеристик возможны только при наличии взаимных связей по входам и выходам фильтров-оценивателей между основными цепями и фантомной;

- разработанные программы статистического моделирования оптимального регенератора позволяют оценить потенциальные возможности синтезированных алгоритмов, обоснованно выбирать параметры адаптивного регенератора, служат основой построения автоматизированного рабочего места специалистов, занимающихся разработкой перспективных цифровых систем передачи и являются программным обеспечением сигнального процессора адаптивных ЦСП ФЦ.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при построении перспективных адаптивных ЦСП, обеспечивающих существенное уменьшение вероятности ошибки, увеличение длины регенерационного участка и организацию передачи цифровых потоков по искусственным цепям симметричных кабелей связи.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, сформулирована цель и задачи исследований, приводятся основные научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе диссертации предложено на основе двух симметричных пар одного кабеля создавать третью симметричную искусственную цепь. Установлено, что первичные, а соответственно и вторичные параметры искусственных цепей практически совпадают с параметрами основных цепей. Сделан вывод о принципиальной возможности передачи по искусственным цепям симметричных кабелей цифровых потоков информации.

С учетом оценки ожидаемой вероятности ошибки, применительно к передаче цифровых сигналов QAM, разработана модель совокупности трактов, созданной на основе двух симметричных цепей одного кабеля и одной искусственной цепи, учитывающая все мешающие факторы при работе каждой цепи в дуплексном режиме.

В существующих ЦСП обычно применяются единичные элементы сигнала (символы) в виде прямоугольных импульсов полутактовой длительности. Такой форме импульса соответствует бесконечно широкий спектр. Сужение спектра символов за счет ограничения полосы пропускания линии связи приводит к изменению их формы и длительности и, следовательно, к появлению МСИ. За счет уменьшения ширины спектра символов помехозащищенность сигнала на входе решающей схемы регенератора ЦСП падает на 5-6 дБ.

В современных высокоэффективных системах передачи, обеспечивающих удельные скорости 3-10 бит/Гц, всегда осуществляется специальное формирование символов со строго ограниченным спектром. Как правило, применяются символы, удовлетворяющие свойству отсчетности, спектры которых принадлежат классу спектров Найквиста.

Для описания полосовых каналов и трактов связи удобно пользоваться низкочастотным комплексным прототипом. Пусть тогда можно в рассмотрение ввести комплексный сигнал . Неидеальность АЧХ и ФЧХ трактов передачи приводит к тому, что в отсчетных (тактовых) точках мгновенные значения символов на выходе не будут равны нулю, т. е. соседние символы синфазного и квадратурного подканалов начинают влиять друг на друга. Кроме того, возникают межканальные переходы из синфазного подканала в квадратурный и наоборот. Следовательно, на входе решающей схемы в дискретные моменты времени наблюдается сигнал:

где комплексный вектор отсчетов отклика тракта передачи;

комплексный вектор информационных символов;

«память» канала, равная числу учитываемых отсчетов единичного элемента сигнала;

символ транспонирования матрицы;

щ₀ - несущая частота.

Действительный полосовой сигнал определяется в форме

Эволюция вектора может быть полностью описана следующим уравнением состояния:

,

где F - матрица сдвига; G = [1 0 … 0 ]^T - вектор постоянных коэффициентов.

Кроме МСИ и МКП, возникающих из-за неидеальностей частотных характеристик, сигнал на выходе линейного тракта подвергается аддитивному воздействию помех переходных влияний, ближнего эха и шума . Гауссовский шум на выходе линейного тракта определяется флуктуациями электронов в проводниках и шумом линейных усилителей.

Моделью гауссовского шума является стационарный белый процесс

с параметрами

где символ Кронекера; дисперсия гауссовского шума.

В результате электромагнитного влияния рабочих цепей в сердечнике кабеля при широком спектре сигнала начинают проявляться переходные помехи, вызываемые относительно малыми значениями переходных затуханий на ближнем и дальнем концах линии.

Очевидно, что переходные влияния на ближнем конце будут преобладающими, поскольку при работе систем передачи в одном кабеле в дуплексном режиме на одном конце находятся симметричные пары, обеспечивающие передачу и прием сигналов. Поэтому влияниями на дальнем конце можно пренебречь. Если же системы передачи работают по двухкабельной схеме, когда по парам одного кабеля работают системы передачи направления , а по другому кабелю работают системы передачи направления , то следует учитывать только переходные помехи на дальнем конце.

Источниками переходных влияний на ближнем конце являются сигналы с выходов физических пар встречного направления передачи.

Из-за различия сопротивлений физических цепей и числа витков обмоток симметрирующих трансформаторов первой цепи и различия числа витков симметрирующих трансформаторов фантомной цепи происходит переход энергии из искусственной цепи в основную первую. Аналогичные переходы будут возникать и во вторую цепь, если сопротивления физических цепей и числа витков обмоток трансформаторов второй симметричной цепи различны, а также различны числа витков трансформаторов фантомной цепи.

Различие в числе витков трансформаторов фантомной цепи и любые различия параметров основных цепей приводят к переходным влияниям основных цепей на искусственную и к переходным влияниям основных цепей друг на друга через фантомную цепь.

Тракты передачи переходных помех представляет собой частотно-зависимые четырехполюсники с импульсными откликами , тогда для переходных помех из фантомной в основные цепи имеем:

где -мерный вектор отсчетов отклика переходных влияний от фантомной в первую основную цепь;

-мерный вектор отсчетов отклика переходных влияний из фантомной во вторую основную цепь;

-мерный вектор информационных символов в фантомной цепи;

номинальная частота несущего колебания;

сдвиги частот между фантомной и основными цепями (первой и второй соответственно).

Аналогичным образом для переходных помех из основных цепей в фантомную имеем:

сигнал фантомный цепь

где -мерный вектор отсчетов отклика переходных влияний от первой основной цепи в фантомную;

-мерный вектор отсчетов отклика переходных влияний от второй основной цепи в фантомную;

-мерный вектор информационных параметров в первой основной цепи;

-мерный вектор информационных параметров во второй основной цепи;

сдвиги частот между основными цепями (первой и второй соответственно) и фантомной.

Для переходных влияний основных цепей друг на друга имеем:

где -мерный вектор отсчетов отклика переходных влияний первой основной цепи на вторую основную;

-мерный вектор отсчетов отклика переходных влияний второй основной цепи на первую основную.

В дуплексных цифровых линейных трактах из-за неполной балансировки развязывающих устройств (РУ) возможно возникновение переходной помехи между направлениями передачи и приема одного и того же пункта - так называемых сигналов ближнего эха. Ближнее эхо проявляется в виде отклика сигнала направления передачи на входе приемной части. При известных частотных характеристиках тракта ближнего эха конкретная форма эхосигнала определяется с помощью преобразования Фурье. Тогда ближнее эхо:

где вектор отсчетов сигнала эха встречного направления;

вектор состояния источника эха встречного направления; информационный символ на выходе цепи встречного направления передачи.

Частотные характеристики основных трактов передачи, тракта ближнего эха и трактов переходных влияний на одном тактовом интервале практически остаются постоянными. Следовательно, динамику изменения во времени их импульсных откликов можно описать соотношениями:



Текущая фаза тактового колебания, получаемого в выделителях тактовой частоты регенератора, определяется многими факторами и содержит несколько составляющих. В первую очередь это компонента, обусловленная сдвигом частот задающих генераторов на передающей и приемной сторонах. Требования к стабильности частоты задающих генераторов ЦСП сравнительно невысоки. Согласно этим требованиям суммарная нестабильность частоты задающего генератора не должна превышать 510-⁵. Столь слабые нормы вполне реализуемы с помощью стабилизации частоты кварцевыми резонаторами. Временные изменения температуры окружающей среды приводят к изменениям резонансной частоты кварца . Сдвиг частоты приводит к постоянному приращению фазы тактового колебания на каждом тактовом интервале на величину

В качестве модели текущей фазы принимается компонента двумерного процесса , получаемого путем пропускания белого гауссовского шума через два связанных дискретных фильтра нижних частот. Для больших постоянных времени этих фильтров уравнения состояния, описывающие эволюцию текущей фазы тактового колебания , принимают вид:

где белые гауссовские процессы с нулевым средним значением и дисперсиями соответственно.

Модель наблюдения - это совокупность отсчетов принимаемого (наблюдаемого на входе приемника) сигнала, учитывающая все его преобразования от выхода передатчика до входа приемника. Модели наблюдения, или отсчеты колебаний , наблюдаемые на входах физических цепей пункта А, необходимо строить отдельно для основных первой, второй и фантомной цепи.

При построении модели наблюдения предполагается, что искусственная цепь организуется на основе одночетверочного кабеля (две физические пары в одном кабеле). На выходе каждой организуемой цепи присутствует полезный сигнал с МСИ и МКП, сигнал эха, переходные помехи от параллельной цепи, переходные помехи от фантомной цепи, гауссовский шум и наблюдается расхождение частот.

Модель наблюдения описывается соотношениями:

(10)

Приведенная модель наблюдения отражает участок ОУП-ОУП линейного тракта, состоящего из двух основных цепей и одной искусственной.

Во втором разделе обоснован выбор критерия минимума среднего квадрата ошибки оценивания информационного вектора состояния. Приведено правило выбора решений и на его основе разработана структура оптимального приемника цифровых сигналов в трактах передачи, содержащих фантомные цепи.

Для условий полной определенности параметров основного тракта, тракта ближнего эха, трактов переходных влияний создан алгоритм оптимальной обработки цифровых сигналов QAM.

Предложен алгоритм адаптации вектора коэффициентов усиления Калмана-Бьюси, основанный на оценивании последнего компонента информационного вектора состояния.

Построен алгоритм идентификации параметров трактов ближнего эха и переходных влияний. Доказана сходимость предложенного алгоритма к оптимальному решению независимо от начальных условий.

Необходимой основой для синтеза оптимального алгоритма являются уравнения состояния (2), (7), (8), (9) всех участвующих процессов и модель наблюдения (10), определяющая взаимную связь этих процессов.

Задача оптимальной обработки сигнала на приеме сводится к различению дискретных сигналов в присутствии МСИ, МКП, переходных влияний между основными цепями, переходных влияний между фантомной цепью и основными цепями, сдвига частот и гауссовского шума.

Построение алгоритма оптимальной обработки сигнала на приеме согласно модели (10) затруднительно из-за громоздкости соотношения (10), поэтому это соотношение приводится к векторно-матричной форме:

,

где ;

;

;

.

Здесь матрица содержит векторы определяющие межсимвольную интерференцию и межканальные переходы в первой основной, второй основной и в фантомной цепях; экспоненциальные множители в матрице определяют сдвиги частот между пунктами А и Б.

Векторы определяют эхосигналы и переходные влияния на ближнем конце во всех цепях.

Оптимальный алгоритм обработки сигналов может быть построен как на основе теории линейной фильтрации Колмогорова-Винера, так и на теории оценивания Калмана-Бьюси. Оба метода дают одинаковые результаты в случае, если апостериорная плотность вероятности аппроксимируется гауссовской функцией, причем результат оказывается оптимальным с точки зрения минимума СКО. Однако алгоритмы Калмана-Бьюси лучше приспособлены к реализации цифровыми методами.

На основе модели наблюдения и уравнениях состояния всех дискретных и сопутствующих процессов можно записать алгоритм оптимального оценивания информационного вектора состояния:

где оценка информационного вектора состояния первой основной, второй основной и фантомной цепей, формируемая по совокупности i наблюдений;

-матрица коэффициентов усиления.

Для вычисления матрицы коэффициентов усиления Калмана-Бьюси вначале следует задаться априорной матрицей дисперсий, затем решить дисперсионное уравнение, после чего вычисляется матрица коэффициентов усиления. Процедура оценивания вектора согласно этому алгоритму чрезвычайно сложна. Это обусловлено трудностью вычисления матрицы коэффициентов усиления . Вместе с тем, для стационарных каналов связи установившееся значение дисперсионной матрицы ошибок должно быть постоянным. Поэтому можно определить матрицу коэффициентов усиления , разрешая квадратное матричное уравнение дисперсии относительно элементов матрицы для установившегося состояния дисперсионного уравнения.

Следующий этап построения алгоритма оптимальной обработки сигнала дуплексной ЦСП ФЦ заключается в идентификации-экстраполяции сопутствующих параметров и адаптации матрицы коэффициентов усиления . Экстраполяция сопутствующих параметров при большой размерности информационного вектора состояния и вектора сопутствующих параметров возможна только в условиях высокой точности оценивания информационного вектора состояния при применении принципа решающей обратной связи.

В реальных трактах ЦСП параметры остаются практически постоянными. Это соответствует тому, что дисперсии порождающих процессов в уравнениях состояния сопутствующих параметров равны нулю, либо очень малы. Следовательно, в установившемся состоянии все экстраполируемые процессы становятся статистически независимыми. Поэтому алгоритм адаптации информационного вектора состояния и алгоритм экстраполяции векторов сопутствующих параметров распадаются на самостоятельные процедуры: адаптация матрицы коэффициентов усиления ; идентификация параметров основных и влияющих цепей.

Алгоритм оптимальной с точки зрения минимума СКО обработки сигналов (12) обеспечивает коррекцию межсимвольной интерференции, межканальных переходов, компенсацию сигналов эха, переходных помех на ближнем конце в каждой цепи кабеля в условиях полной определенности текущей фазы. Оценка текущей фазы представляет собой отдельную задачу.

Компенсация всех мешающих факторов (эхо сигналы и переходные помехи) осуществляется путем формирования сигналов противосвязи, которые формируются из самих влияющих сигналов.

Трудность реализации полученных алгоритмов заключается в том, что в приемнике необходимо вычислять векторы коэффициентов усиления ,, Калмана и идентифицировать параметры трактов сигнала эха и переходных помех.

Для упрощения процедуры получения вектора коэффициентов усиления Калмана-Бьюси предложен алгоритм адаптации вектора , использующий решающую обратную связь по последнему компоненту информационного вектора состояния.. Построен алгоритм идентификации параметров трактов ближнего эха, переходных влияний и межканальных переходов. Доказана сходимость предложенного алгоритма к оптимальному решению.

В третьем разделе диссертации создан алгоритм работы оптимального приемника цифрового сигнала в линейных трактах дуплексных ЦСП ФЦ. При вынесении решений в приемнике только по одному последнему компоненту вектора состояния каноническая структура оптимального фильтра-оценивателя преобразуется в новую каноническую структуру без адаптивных идентификаторов параметров тракта, но с адаптивными синтезаторами переходных помех и ближнего эха. Применительно к фантомной цепи имеем

где ;

-вектор наблюдений;

-вектор коэффициентов усиления Калмана;

-вектор коэффициентов усиления обратной связи;

-вектор коэффициентов усиления компенсатора переходных влияний первой и второй основных цепей на фантомную;

-вектор коэффициентов усиления компенсатора ближнего эха;

-мерный вектор линейных оценок информационных символов в цепи обратной связи оценивателя;

ц(i) - текущая фаза.

Параметры модифицированного оценивателя могут быть определены на основании критерия минимума СКО последнего компонента вектора состояния :

где - объединенный вектор наблюдений и информационных символов;

;

объединенный вектор параметров приемника;

;

.

Оптимальный вектор может быть найден путем дифференцирования скалярной функции (14) по вектору . Приравнивая вектор-градиент нулевому вектору, решая полученное уравнение, находим, что

Алгоритм адаптации на основе метода градиента определяется разностным уравнением

где -оценка оптимального вектора ;

коэффициент адаптации, определяющий скорость сходимости алгоритма адаптации.

Доказана сходимость алгоритма адаптации к оптимальному решению. Полученные оценки параметров адаптации позволяют обеспечивать режим адаптации при высокой начальной скорости сходимости алгоритма и практически минимально возможной остаточной погрешности оценивания.

После адаптивной компенсации МСИ, переходных влияний и ближнего эха в полезном сигнале остаются только случайные блуждания текущей фазы. В работе предлагается алгоритм оптимального нелинейного оценивания текущей фазы для условий высокой апостериорной точности оценивания информационных символов.

Обозначим . Тогда алгоритм экстраполяции текущей фазы имеет вид:

,

где ;

;

сигнал фантомный цепь

m₁, m₂ - параметры адаптации;

- ошибка оценивания M-го компонента вектора состояния.

В четвертом разделе ранее созданные алгоритмы оптимальной адаптивной обработки сигналов в ЦСП ФЦ приведены к развернутой форме и на их основе разработана программа моделирования на языке C++.

Статистическое моделирование адаптивного приемника ЦСП ФЦ позволило экспериментально подтвердить правильность теоретических выводов диссертации и работоспособность созданных алгоритмов.

В заключении в краткой форме перечислены основные научные и практические результаты работы.

В приложении приведен исходный файл программы моделирования алгоритмов оптимальной обработки сигналов в ЦСП ФЦ.

Заключение

Значительную часть проложенных кабелей в России составляют кабели малой емкости. С помощью применения наукоемких технологий можно существенно увеличить пропускную способность таких кабелей.

В работе предложено в каждой симметричной паре использовать двухпроводный дуплексный режим передачи. Рассмотрена возможность использования QAM-технологии передачи цифровых сигналов в приведенной схеме.

Основными мешающими факторами при передаче цифровых сигналов QAM по трактам, построенным на основе аналоговых с применением фантомных цепей, являются:

- межсимвольная интерференция;

- межканальные переходы;

- переходные влияния между основными цепями;

- переходные влияния между основными цепями и фантомной цепью;

- ближнее эхо на входе каждой цепи;

- сдвиг частот во всех цепях;

- флуктуационный шум.

Предложенная математическая модель дуплексного цифрового тракта, адекватно отражающая реальные условия передачи, является основой для построения алгоритма работы оптимального приемника-регенератора ЦСП ФЦ для сложной помеховой обстановки.

Обоснованы выбор критерия оптимизации и правило принятия решения. Полученное правило выбора решения полностью определяет структуру оптимального приемника-регенератора ЦСП ФЦ. Приемник должен содержать линейный оцениватель вектора дискретных параметров, экстраполятор вектора сопутствующих параметров и решающую схему. Причем, процесс формирования оценок информационных и сопутствующих параметров должен быть разделен во времени.

Оптимальным оценивателем информационных параметров на приеме является фильтр Калмана-Бьюси с вложенными компенсаторами переходных помех и ближнего эха.

Применительно к оцениванию последнего компонента информационного вектора состояния предложена структура модифицированного фильтра, состоящая из линейного нерекурсивного фильтра, фильтра решающей обратной связи, компенсаторов переходных влияний и компенсаторов ближнего эха.

Полученные оценки параметров адаптации для основного и модифицированного оценивателей позволяют обеспечивать режим адаптации при высокой начальной скорости сходимости алгоритма и минимально возможной остаточной погрешности оценивания. Доказана сходимость полученных алгоритмов к оптимальному решению.

Исследован метод стохастической идентификации параметров линейного цифрового тракта. Доказана сходимость стохастического алгоритма идентификации к параметрам тракта передачи.

Определена дисперсия избыточного шума адаптации и получены граничные значения коэффициента адаптации, определяющие устойчивость алгоритма и его скорость сходимости.

Предложен алгоритм оптимальной экстраполяции текущей фазы. Доказана сходимость алгоритма к оптимальному значению, определены граничные значения параметров адаптации.

Полученные в работе алгоритмы оптимальной обработки сигналов в линейных трактах ЦСП ФЦ послужили основой для построения программ статистического моделирования на алгоритмическом языке C++. Статистическое моделирование адаптивных регенераторов сигналов для линейных трактов ЦСП ФЦ позволило экспериментально подтвердить правильность теоретических выводов диссертации и работоспособность синтезированных алгоритмов.

Разработанные программы моделирования могут быть инструментом автоматизированного рабочего места специалистов, занимающихся проектированием перспективных цифровых систем передачи, поскольку позволяют оперативно выявлять потенциальные возможности цифровых трактов.

Список работ по теме диссертации

сигнал фантомный цепь

1.Комарова, К.А. Возможность увеличения пропускной способности симметричных кабелей ГТС / К.А. Комарова // Труды учебных заведений связи / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб. - 2006. - № 174.

2.Комарова, К.А. Оценка ожидаемой вероятности ошибки применительно к передаче цифровых сигналов методом QAM / К.А. Комарова // Труды учебных заведений связи / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб. - 2007. - № 175.

3.Комарова, К.А. Модель фантомной дуплексной цепи применительно к передаче цифровых сигналом методом QAM технологии / С.А. Курицын, К.А. Комарова // Труды учебных заведений связи / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб. - 2007. - № 175.

4.Комарова, К.А. Оптимальная обработка цифровых сигналов в фантомных цепях симметричных кабелей связи / С.А. Курицын, К.А. Комарова // Труды учебных заведений связи / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб. - 2008. - № 176.

5.Комарова, К.А. Модифицированный алгоритм оптимальной обработки QAM-сигналов в фантомных цепях симметричных кабелей связи / К.А. Комарова // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб. - 2009. - № 3. (из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Минобрнауки РФ)

6.Комарова, К.А. Применение фантомных цепей для передачи цифровых сигналов / К.А. Комарова // 58 НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: мат-лы / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2006.

7.Комарова, К.А. Анализ существующих технологий xDSL / К.А. Комарова // 58 НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: мат-лы / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2006.

8.Комарова, К.А. Возможность организации телефонной связи в линии xDSL / К.А. Комарова // 59 НТК профессорско- преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: мат-лы / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2007.

Размещено на Allbest.ru

...