автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Исследование вопросов построения и алгоритмического обеспечения ведущих узлов регионов системы синхронизации цифровой сети ЕАСС

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ СССР Московский ордона Трудового Красного Знамени институт связи

на правах рукописи

Зильберг Евгения Вениаминович

УДК 821.395.04

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ПОСТРОЕНИЯ И АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗЕДУЩИХ УЗЛОВ РЕГИОНОВ СИСТЕМЫ СИНХРОНИЗАЦИИ: ЦИФРОВОЙ СЕТИ ЕАСС

специальность 05.12.02 - системы и устройства передачи

информации по каналам связи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте связи.

Научный руководитель

кандидат технических наук_Алексеев Ю.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Каяцкас A.A.

кандидат технических наук Коновалов Г.В.

Ведущее предприятие НПО "Дальняя связь"_

Защита состоится на заседании специализированного совета К 118.06.03 при Московском ордена Трудового Красного Знамени институте связи.

6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан _.

Ученый секретарь специализированного^сдовета, кандидат технических.наук

В.Н.Федосеева

■ . ; ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

... .Vй.;

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Наиболее эффективный спог-^б построения цифровых сетей связи, основанных на интеграции цифровой передачи и цифровой коммутации, предполагает синхронизм ию тактовых генераторов, расположенных на узлах и станциях сети. Равенство средних частот тактовых генераторов обеспечивает- я су темой сетевой синхронизации < ССС >, состоящей из самих r^uepaTojoB, устройств управления их частотой и линий передачи синхросигналов. Как показывает опыт исследования и эксплуатации i ¡, Яровых сетей связи во многих странах, при заданных ограничениях на величину расхождения фаз сигналов тактовых генераторов наиболее высокая надежность и наименьшая стоимость ССС ¡лигут быть достигнуты при использовании принудительного иерархического способа. Этот способ характеризуется тем, что в любой момент времени каждый генератор либо - в общем случае, через посредство промежуточных генераторов - синхронизируется от главного < на данный момент времени > генератора ССС, либо работает в автономном режиме. Таким образом, разработка ССС основывается на исследовании взаимодействия пары соседних генераторов, один из которых шляется ведущим, а другой - ведомым. Сигнал синхронизации передается внутри цифрового потока системы передачи и подвержен флуктуация?* фазы, причем для ССС наиболее опасны их низкочистотнъв <<20 Гц5компоненты, называемые фазовыми блужданиями.

ССС крупных цифровых сотой ев том числе, и цифровой сети ЕАСС), как правило, обладают региональной структурой. ССС разбивается на отдельные принудительно синхронизируемые участки, называемые регионами синхронизации. В каждом регионе назначаются ведущий узел,

называемый региональным, а также определенная иерархическая структура ССС. Взаимодействие между региональными узлами организуется посредством выделения главного регионального узла, управляющего частотой и фазой остальных региональных узлов, каждый из которых получает синхросигнал непосредственно от главного узла. Причем в зависимости от состояния сети функции главного может принять на себя любой из региональных узлов. ССС с региональной структурой, с одной стороны, удачно вписывается в общую иерархическую концепцию цифровой сети, а с другой стороны, обладает высокой живучестью и может гибко .развиваться вплоть до глобальной системы.

Сигналы синхронизации для региональных узлов ССС передаются на большие расстояния <>1000км) по различным физическим средам «кабельные, волоконно-оптические, спутниковые линии), в связи с чем им присущи интенсивные фазовые ф:;згктуации со среднеквадратическим отклонением по меньшей мере на порядок превосходящим тактовый интервал сигналов того уровня цифровой иерархии, для которого осуществляется сетевая синхронизация. Тем не менее изменение фазы выходного сигнала регионального узла, ответственного за сетевую синхронизацию большого участка цифровой сети, должны как можно более точно повторять изменения фазы главного узла ССС. Поскольку все регионал* y. узлы способны принимать на себя функции главного узла, они оснащаются высокостабильными атомными стандартами частоты < АСЧ > практически не допускающими непосредственного управления частотой и имеющими номинальное значение частоты, как правило отличное от требуемого значения частоты выходного сигнала устройства синхронизации. Наличие высокостабильного задающего генератора приводит к тому, что и в случае, когда региональный узел не является

главным, выбор на определенное время автономного режима может оказаться предпочтительным с точки зрения точности синхронизации. По сравнению с другими устройствами ССС для региональных узлов требуется наивысшая точность синхронизации при условии более сильных помех. С другой стороны, эти узлы и связи между ними образуют костяк ССС, и должны быть в первую очередь установлены на цифровой сети.

Исследованию сетевой синхронизации и применению в ССС устройств фазовой синхронизации посвящено значительное число работ таких авторов как А.А.Каяцкас, А.А.Львович, В.В.Шахгильдян, Ю.А.Алексеев, М.Н.Колтунов, В.Линдсей, Т.Сайто, Г.Стовер, Х.Хартманн, Дж.Пирс, Э.Мюнтер. В этих работах были изучены различные способы сетевой синхронизации и предложены алгоритмы управления частотой генераторов ССС. Однако на основании полученных к настоящему времени результатов вышеописанная региональная структура, по существу, не может быть реализована. В частности, известные способы применения высокостабильных генераторов допускают скачки фазы при переходах из ведомого режима в автономный и обратно, даже лучший алгоритм подавления фазовых блужданий с А.А.Львович, Х.Хартманн, Э.Мюнтер з позволяет достичь приемлемой частоты среза с<10-4Гц> лишь в обмен на высокую вероятность выхода из синхронизма, кроме того, остаются открытими вопросы повышения стабильности частоты и точности измерений разности фаз в устройствах ССС, содержащих высокостабильные генераторы.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка технических средств, необходимых для построения ССС, обеспечивающей синхронный режим узлов и станций цифровой сети на большой территории с высокой точностью < не хуже >.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач, включающих теоретическое и экспериментальное исследование элементов ССС:

1. Обоснование концепции и выбор архитектуры ведущего узла региона системы синхронизации цифровой сети.

2. Разработка, теоретический анализ и •экспериментальная проверка алгоритмов подавления фазовых блужданий входного синхросигнала.

3. Разработка устройств смещения фазы и синтеза номинальной частоты ССС, обладающих свойством малой нестабильности частоты выходного сигнала.

4.. Синтез и вероятностный анализ прецизионных цифровых фазовых дискриминаторов ( ЦФД >■

5. . Измерение и статистическая обработка фазовых блужданий цифрового сигнала.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных задач используются ' аппарат линейной теории дискретных систем и z-преобразования, теория непараметрической и калмановской фильтрации, метод дискретной фазовой плоскости и метод динамического программирования, теория чисел, теория марковских цепей и рекуррентные алгоритмы спектрального анализа. Для проверки качественных свойств и расчета количественных характеристик синтезированных алгоритмов применен метод численного моделирования. Для экспериментальных исследований разработаны макеты устройств ССС с компьютерной обработкой результатов в реальном времени.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в том, что впервые

Т.Предложен способ использования высокостабильных задающих roHhjicjiOi»»» * "СГ., юзьолищиа повысить стабильность частоты ССС за

счет прецизионной временной шкалы генератора.

2.Обобщен на случай управления по фазе известный алгоритм подавления фазовых блужданий на основе цифровой системы фазовой синхронизации (ЦСФС) с переменной структурой, предложена дискретная математическая модель. Разработан адаптивный непараметрический алгоритм управления фазой, основанный на рекуррентной записи метода локальной аппроксимации. Последний алгоритм обеспечивает подавление фазовых блужданий входного сигнала синхронизации начиная с частоты Ю_6Гц и стабильность частоты выходного сигнала лучше 10

3.Синтезирован класс алгоритмов, минимизирующих для астатической ЦСФС с ограниченным диапазоном управления частотой и фиксированным периодом дискретизации число тактов до достижения состояния равновесия. Проведен расчет характеристик нестабильности частоты и фазы выходного сигнала синтезированных астатических ЦСФС различных типов в зависимости от диапазона управления частотой генератора и периода дискретизации.

4.Синтезированы прецизионные цифровые фазовые дискриминаторы для ССС, обеспечивающие на основе серийных интегральных микросхем точность временных измерений порядка десятых долей наносекунды. С целью исследования их вероятностных характеристик предложена марковская модель, в которой как результат измерения, так и тактовый интервал описываются одним и тем же одномерным неограниченным случайным блужданием.

5.Экспериментально исследованы передаточная функции и динамические характеристики регионального узла ССС при использовании разработанных алгоритмов подавления фазовых блужданий и получены полезные данные о свойствах фазовых блужданий цифровых систем передачи, в том числе спектры и авторегрессионные модели для

сверхнизкочастотных компонент.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. По результатам работы были изготовлены макеты устройств ССС, которые прошли испытания на опытной цифровой зоне в Белоруссии, в том числе исследование алгоритмов подавления фазовых блужданий и измерение фазовых блужданий. Результаты диссертационной работы были также использованы при разработке аппаратного и программного обеспечения ССС в ОКР "Разработка комплекса аппаратуры синхронизации цифровой сети ЕАСС".

Предложенные в диссертационной работе архитектура системы синхронизации и алгоритмическое обеспечение также улучшают стабильность частоты для узлов ССС, оснащенных высокостабильными кварцевыми генераторами.

На основании предложенного способа прецизионного измерения разности фаз разработано устройстве» измерения отклонения частоты высокостабильных источников колебаний от номинального значения с

то

точностью 10 за время менее получаса.

Практическая ценность подтверждается актами внедрения результатов диссертационной работы.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ Результаты диссертационной работы многократно обсувдались среда специалистов отрасли. По результатам работы получено авторское свидетельство и два положительных решения на заявки на изобретение, опубликованы три статьи , отдельные результаты работы апробированы на междунардном семинаре 'Синхронизация - 90" в Болгарии, на Всесоюзной НТК по системам фазовой синхронизации в Горьком в 1988 г., на Всесоюзном семинаре по сетевой синхронизации в Каунасе в 1888 г., xlvi Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио в 1991 г, на НТК молодых специалистов в Черноголовке с 1989 г. ) и Ростове с 1990 г. >, на НТК молодо

специалистов ЦНИИС с 1989, 1990 гг.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация изложена на 200 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 94 наименований.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОШШЯ, выносимые на защиту:

1.Архитектура ведущего узла региона системы синхронизации цифровой сети ЕАСС.

2.Математическая модель алгоритма ЦСФС с переменной структурой, обобщенного на случай управления по фазе.

3.Уравнения адаптивного алгоритма локальной аппроксимации фазы для подавления фазовых блужданий.

4.Алгоритмы астатической ЦСФС с шаговым и произвольным ограниченным управлением частотой и минимальным числом тактов до достижения состояния астатизма.

5.Методика моделирования фазовых флуктуации стандартов частоты с известными характеристиками нестабильности частоты и фазы и расчет характеристик нестабильности частоты и фазы выходного сигнала астатических ЦСФС.

6.Принцип работы, соотношения между параметрами и потенциальной точностью , вероятностные модели и расчет вероятностных характеристик прецизионных ЦФД последовательного типа дая измерения разностей фаз сигналов с различными номинальными значениями частот.

7.Количественные характеристики с среднее отклонение частоты, корреляционная функция, энергетический спектр и авторегрессионные модели > фазовых блужданий цифрового сигнала, полученные в результате экспериментальных исследований.

8.Технические решения по построению аппаратуры для измерения основных характеристик системы сетевой синхронизации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность работы, указаны основные цели и задачи исследования, отмечены применяемые теоретические методы и научная новизна работы. Предложена концепция построения регионального узла ССС, основанная на объединении свойств первичного эталонного генератора и возможности работы в синхронном режиме. При этом открывается возможность существенного улучшения принятой МККТТ основной характеристики устройств ССС - относительной ошибки временного интервала - по сравнению с рекомендацией МККТТ g.812. Для реализации данной концепции автором предлагается архитектура регионального узла с использованием АСЧ с рис.1 ).

1-----------------1

Рис.1.

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена синтезу алгоритмов управления синхронизацией. Применительно к структурной схеме < рис. I ) алгоритм управления синхронизацией должен • вычислить величину изменения фазы выходного сигнала и0ЫХ на основании измерения вазы входного синхросигнала в ЦФД-1.

* В главе сформулированы требования, который должен удовлетворять

алгоритм управления частотой и фазой регионального узла ССС:

- подавление флуктуации фазы входного сигнала, начиная с частот

—fi

порядка 10 Гц!

- управление обеспечивается лишь от тех сигналов, средняя частота которых отличается от средней частоты местного АСЧ на величину, не превышающую < в относительных единицах ) il-IO^1;

- при пропадании входного сигнала или отклонении его средней частоты выше установленного порога узел должен перейти в автономный с плезиохронный > режим;

- во всех режимах значение относительной ошибки временного интервала должно сводиться к минимуму.

Как показал проведенный в главе обзор литературы по вопросу построения устройств ССС, традиционные алгоритмы управления синхронизацией, основанные на ЦСФС с переменной структурой,требуют обобщения на случай косвенного управления частотой высокостабильных генераторе срис.1) с целью применения в аппаратуре регионального узла.

Основными отличительными признаками являются также увеличение периода дискретизации сдо 1000 с) и более точное измерение разности фаз сдо десятых долей но, что обусловливает возможность подавления фазовых блужданий начиная с частот 10~®Гц в широком диапазоне амплитуд блужданий - от единиц до десятков тысяч наносекунд.

Для алгоритма ЦСФС с переменной структурой предложена дискретная математическая модель, описывающая режимы удержания и вхождения в синхронизм с помощью линейного разностного уравнения 2-го порядка, подучено выражение для передаточной функции. Рассчитаны модули передаточной функции для режимов удержания и вхождения в синхронизм. С целью исследования взаимодействия режимов

работы проведено численное моделирование алгоритма с учетом реальных эффектов квантования в 1-ом микропроцессорном контроллере <рис.I> Несмотря на возможность получения удовлетворительной передаточной функции по фазовым блужданиям при работе в каждом из режимов в отдельности, алгоритму ЦСФС с переменной структурой присущи серьезные недостатки: высокая вероятность ложного1 выбора режима, малая точность запоминания последнего значения частоты, а также ухудшение подавления фазовых блужданий за счет квантования.

С целью улучшения характеристик регионального узла ССС предложен адаптивный алгоритм локальной аппроксимации фазы, при котором в отличие от предыдущего алгоритма измеряется не разность фаз входного и выходного сигналов, а изменение фазы входного сигнала относительно прецизионной временной шкалы АСЧ счто подчеркиваеся штриховой линией на рис.1). Зависимость фазы выходного сигнала от времени на каждом интервале дискретизации представляется в виде прямой линии, свободный член и угловой коэффициент которой cQ(i и clk вычисляются согласно методу локальной аппроксимации.

При аппроксимации с помощью прямой этот метод обеспечивает на каждом шаге к минимизацию функционала:

...

где рсхэ- функция с максимумом в нуле, такая, что p<ntas:> определяет вес ошибки предсказания, удаленной от рассматриваемого момента на n шагов. Параметр локальности s определяет длину памяти алгоритма.

Противоречие между требованиями подавления фазовых блужданий и малой ошибки временного интервала смягчается благодаря адаптации длины памяти к соотношению между средаеквадратичым отклонением фазы входного синхросигнала и средней ошибкой предсказания. Выведены

рекуррентные соотношения алгоритма и разработаны особенности организации вычислительного процесса.

В помощью численного моделирования выявлены основные свойства адаптивного алгоритма локальной аппроксимации: плавное изменение постоянной времени в зависимости от амплитуда фазовых флуктуация, высокая точность запоминания частоты, предсказывающие свойства, слабая зависимость длительности переходного процесса от величины скачка фазы и отклонения частоты, улучшение подавления стационарных флуктуации с течением времени. Основными недостатками данного алгоритма являются вычислительная сложность и необходимость предварительного обучения, соценки длины памяти) в начале работы.

Исследована возможность использования динамических <авторегрессионых> моделей фазовых блужданий для улучшения характеристик алгоритма управления синхронизацией. С этой целью привлечен аппарат калмановской фильтрации и идентификации динамических моделей. Приведены основные математические соотношения, с помощью которых калмановский алгоритм может быть использован для предсказания фазы. Данный подход позволяет добиться, по существу, таких же показателей, как и алгоритм локальной аппроксимации, однако ценой трехкратного увеличения вычислительной сложности.

В результате исследования алгоритмов управления синхронизацией установлено, что для практического использования на региональных узлах следует выбрать адаптивный алгоритм локальной аппроксимации.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ задача разработки алгоритма синтеза номинальной частоты и управления фазой для узлов ССС, оснащенных высокостабильными стандартами частоты, впервые поставлена как задача синтеза астатической ЦСФС с ограниченным диапазоном изменения частоты перестраиваемого генератора <ПГ> за один такт, постоянным

периодом дискретизации и минимальным числом тактов до достижения состояния равновесия из любого начального состояния. Период дискретизации т и максимальная величина изменения частоты я должны быть выбраны исходя из требования минимизации характеристик нестабильности частоты и фазы выходного сигнала с учетом известных характеристик нестабильности АСЧ и кварцевого ПГ.

Динамические свойства ЦСФС с ограничением на величину максимального изменения частоты ПГ за один такт исследованы с помощью дискретной фазовой плоскости путем ее разбиения на множества, объединяющие точки с равным числом тактов до достижения состояния равновесия, - прообразы нуля.

С помощью метода математической индукции доказано следующее утверждение о структуре прообраза нуля п-ного порядка р0<п). р0<п> является 2 сп+1> —угольником, симметричным относительно начала координат. Вследствие центральной симметрии достаточно привести формулы координат соседних <п+п вершин ап .:

{-СП+;I) О) а-о}, <2>

где 1= 0,4,2,.., п,

Предложен оптимальный алгоритм, обеспечивающий переход на каждом такте из из прообраза нуля минимального порядка, содержащего точку фазовой плоскости, отображающую некоторое состояние системы, в прообраз нуля на единицу меньшего порядка с минимальным . изменением частоты ПГ.

Предложен и математически обоснован оптимальный алгоритм <рис. 2> для астатической ЦСФС с шаговым управлением частотой ПГ (т.е. ч = 1 > на основании разложения начальной разности - фаз на последовательные приращения в процесса движения . к состоянию

равновесия.

•'На основании этого свойства предложен простой алгоритм для произвольного диапазона изменения частоты ПГ ч, оптимальность которого обоснована путем сравнения результатов компьютерного моделирования для данного алгоритма и алгоритма, предложенного в результате построения множества прообразов нуля.

Рис.2.

Получены выражения, связывющие условные среднее значение и дисперсию изменения фазы за счет флуктуации с корреляционной матрицей, связанной в свою очередь с известным стандартным отклонением частоты как функцией интервала усреднения. На основании полученных выражений проведено компьютерное моделирование

воздействия на ЦСФС фазовых флуктуация АСЧ и ПГ и вычислены стандартные отклонения частоты фазы выходного сигнала для синтезированных оптимальных алгоритмов и линейного алгоритма при различных значениях периода дискретизации т Наименьшей нестабильностью частоты и фазы обладает оптимальный алгоритм с шаговым управлением частотой и периодом дискретизации порядка 1с.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ описаны предложенные цифровые фазовые дискриминаторы для сигналов с различными номинальными значениями частот, позволяющие измерять фазу входного сигнала синхронизации относительно опорной временной шкалы с точностью до десятых долей наносекунда- Принцип работы предложенных последовательных знакового и поразрядного цифровых фазовых дискриминаторов основан на последеёательном анализе знака взаимного положения значащих моментов импульсов сравниваемых сигналов и выборе последующих значащих „.^моментов с известным изменением знака взаимного положения.

Обобщенная структурная схема ЦФД, построенных по этому принципу, содержит два делителя частоты с переменными коэффициентами деления сДПКД-1 и ДПКД-2), которые обеспечивают выбор требуемых значащих моментов сравниваемых сигналов, релейно-фазовый детектор <РФД), обладающий вследствие корреляционных особенностей свойством определения состояния отставания или опережения с высокой точностью, блок управления делителями <БУД>, определяющий стратегию выбора значащих моментов на основании данных 7ФД, и вычислительный блок (Выч), пребразуюций данные РФД в соответствии с фазой работы алгоритма измерения в выходной код разности фаз.

Для функционирования рассматриваемого класса устройств, назывемых последовательными дискриминаторами сЦД>, существенно, что номинальные значения частот сравниваемых сигналов и

выраженные в такой системе единиц, где они являются целыми числами, имеют наибольший общий делитель f. При этом число п, определяемое как отношение f к проиведению ^ и имеет следующий смысл. Для каждого целого сне равного нулю) числа N существуют натуральные числа и ^.м1 такие- что:

кл -кг>л

<3>

Если числа кх м и к2 м являются козфффициентами деления соответственно ДПКД-1 и ДПКД-2, то за один период деления ДПКД временное положение между значащими момента™ импульсов сигналов на' входах РФД изменяется на величину N0. Величина о, выраженная в соответствующих единицах времени, определяет потенциальную точность измерения разности фаз с помощью ЦЦ.

Коэффициенты кх м и к2 м могут быть вычислены с помощью алгоритма'вычисления наибольшего общего делителя Евклида.

Принцип работы последовательного дискриминатора первого типа, назывемого знаковым с ПЗЦФД >, основан на использовании двух пар коэффициентов £к 5и {к -цм^г.-т1, 4X0 позволяет ПЗЦФД аппроксимировать фазу измеряемого сигнала с помощью ломаной.

ЦЦ второго типа называется поразрядным сППЦФД) и обеспечивает последовательное определение двоичных разрядов кода разности фаз по дихотомическому принципу.

Предложена вероятностная модель ПЗЦФД для белого шума и вычислительная процедура расчета распределения значений результата измерения. Вероятностная модель основана на интерпретации величины результата измерений и случайной компоненты интервала времени между соседними отсчетами как дискретных одномерных бесконечных нелинейных случайных блужданий и- приводит к выводу о циклостационарности

рассматриваемого установившегося случайного процесса. Вычислительная процедура основана на численном решении системы уравнений Маркова и анализе дерева переходов.

Приведены результаты вычислений распределения вероятностей для различных дисперсий а2 и средних значений разности фаз м0. Основным свойством ПЗЦФД при действии белого шума является постоянное смещение результата измерения, зависящее от а < рис. 3

Представлены обобщенные результаты имитационного моделирования ПЗЦФД при воздействии коррелированного нормального шума в качестве модели реальных фазовых флуктуации цифрового сигнала, в том числе гистограммы для ПЗЦФД с различными способами получения результата измерения и симметричными и несимметричными сдвигами и зависимости вероятностных характеристик от интервала корреляции входного шума. В диапазоне частот ниже 10 Гц ПЗЦФД адекватно воспроизводит вероятностную структуру фазовых флуктуации, что делает возможным его использование в ССС, требующей прецизионного измерения изменений фазы входного синхросигнала.

Приведены расчеты дискретного распределения результата измерения п(к) для ППЦФД в случае действия белого шума с дисперсией о2- и средним значением разности фаз м0. Выявлены точки с повышенной вероятностью попадания результата измерения и зависимость их размещения от величины дисперсии а2. ППЦФД во всех случаях обеспечивает несмещенную оценку разности фаз.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ экспериментально проверена разработанная автором методика измерения фазовых блужданий на основе прецизионного ПЗЦФД с записью и отображением результатов измерения ПЭВМ. Методика позволяет достичь точности измерений порядка десятых долей наносекунд и проводить измерения непрерывно в течение

неограниченного времени.

В результате экспериментальных исследования фазовых блужданий

цифрового сигнала выявлено наличие высокочастотной составляющей,

обусловленной согласованием скоростей при группообразовании,

составляющей, описывающей колебания в течение суток, и наиболее

медленной составляющей сезонной природа, эквивалентной отклонению -Т?

частоты порядка 2x10 . Проведен спектральный и корреляционный анализ усредненных фазовых блужданий с туСр= 100 с, 500 с и 1000 с и. построены автор?гнссионные модели фазовых блужданий, позволяющие моделировать реальные воздействия при исследовании систем синхронизации. Основная энергия фазовых блужданий, усредненных с периодом более 100 с, сосредоточена в диапазоне частот ниже Ю~^Гц.

Предложена установка для экспериментального исследования характеристик систем сетевой синхронизации в лабораторных и эксплуатационных условиях с моделированием ПЭВМ произвольного класса воздействий и отображением отклика в реальном времени .

Исследованы динамические свойства алгоритмов управления синхронизацией для системы синхронизации регионального узла: с переменной структурой и локальной аппроксимации фазы. В частности, измерены зависимости длительности переходных процессов от величины начального расхождения частот. Выявлены качественные особенности динамических свойств алгоритма с переменной структурой, обусловленные введением третьей параллельной ветви, работающей по релейно-накопительному принципу, а также существенные преимущества алгоритма локальной аппроксимации фазы, связанные с адаптивным изменением дайны памяти. Исследованы спектральные свойства обоих алгоритмов и построены передаточные функции ! рис. 4 ).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАбОТЫ.

1. Предложена концепция построения регионального узла системы синхронизации цифровой сети ЕАСС, заключающаяся в объединении характеристик первичного эталонного генератора и возможности работы в ведомом с синхронном > режиме; разработана архитектура системы синхронизации, обеспечивающая использование прецизионной временной шкалы АСЧ в автономном и ведомом режимах, а также фильтрацию фазовых блужданий вне кольца фазовой синхронизации; задача разработки алгоритмического обеспечения устройства синхронизации разбита на задачи синтеза алгоритма подавления фазовых блужданий и синтеза алгоритма управления частотой астатической ЦСФС с высокой стабильностью частоты и фазы выходного сигнала и малым временем до достижения состояния равновесия.

2. Проведено теоретическое исследование ЦСФС 2-го порядка с переменной структурой и управлением по фазе- как системы подавления фазовых блужданий цифрового сигнала; предложен адаптивный алгоритм локальной аппроксимации для подавления фазовых блужданий, в том числе выведаны рекуррентные соотношения для вычисления коэффициентов аппроксимирующей прямой и выражения для длины памяти алгоритма согласно методу локальной аппроксимации; иследована возможность использования для подавления фазовых блужданий алгоритм калмановской фильтрации.

3. Синтезированы алгоритмы для астатических ЦСФС, обеспечивающие минимизацию числа тактов до достижения состояния равновесия для шагового управления частотой и произвольного ограниченного диапазона управления частотой; проведено численное моделирование синтезированных оптимальных алгоритмов и алгоритма

астатической ЦСФС; осуществлен расчет характеристик нестабильности частоты и фазы, а также усредненных по состояниям динамических характеристик в зависимости от диапазона управления частотой, периода дискретизации, несогласованности шкал управления и измерения дисперсии ошибки управления частотой; наилучшим сочетанием динамических свойств и характеристик нестабильности обладает оптимальный алгоритм с шаговым управлением частотой.

4. Предложен способ прецизионного измерения разностей фаз для сигналов с различными номинальными значенями частот; проведено •гноретическое исследование знакового ЦФД последовательного типа при воздействии белого фазового шума с помощью теории марковских цепей и вычислены распределения вероятностей результатов измерения при различных дисперсиях входного шума; с помощью численного моделирования рассчитаны вероятностные характеристики знакового и поразрядного ЦФД последовательного типа для коррелированных фазовых флуктуаций; с учетом практических особенностей системы сетецой синхронизации оба предложенных ЦФД обеспечивают несмещенную оценку с точностью порядка десятых долей наносекунды.

5. Разработано устройство для измерения характеристик системы сетевой синхронизации; проведено экспериментальное исследование предложенных алгоритмов подавления фазовых блужданий в лабораторных условиях и на реальной цифровой линии; измерены фазовые блуждания цифрового сигнала, вычислены спектры и построены авторегрессионные динамические модели усредненных фазовых блужданий.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

I. Е.В.Зильберг. Контроль резервируемого задающего устройства синхронизации на цифровой сети связи // Всесоюзная НТК "Развитие и

совершенствование устройств синхронизации в системах связи": Тез. докл. - М.: Радио и связь, 1988. с. 12-13'.

2. Е.В.Зильберг. Сравнительный анализ двух алгоритмов управления фазой для синхронизации цифровой сети // НТК молодых специалистов "Формирование и обработка радиотехнических сигналов": Тез. докл. - Черноголовка, 1989. с. 12.

3. Е.В.Зильберг. Построение системы синхронизации регионального узла цифровой сети // viii НТК молодых ученых и специалистов ЦНШС: Тез. докл. - М:. ЦНШС, 1989. с. 4-5.

4. Е.В.Зильберг. Метод уменыг^ния флуктуаций ' сигнала синхронизации цифровой сети // viii НТК' молодых ученых и специалистов ЦНШС: Тез. докл. - М:. ЦНШС, 1989. с. 10.

5. Е.В.Зильберг, М.Н.Колтунов. Адаптивный алгоритм управления синхронизацией региональных узлов цифровой сети // Электросвязь.-1990.- «8. с. 5-9.

6. Е.В.Зильберг. Экспериментальное исследование устройства синхронизации цифровой сети // ix НТК молодых ученых и специалистов ЦНШС: Тез.докл. - М:. ЦНШС, 1990. с. 3-4.

7. Е.В.Зильберг.' Оптимизация динамических характеристик цифровой системы фазовой синхронизации с шаговым управлением частотой // IX НТК молодых ученых и специалистов ЦНШС: Тез.докл. -М:. ЦНШС, 1990. с. 2-3.

8. Е.В.Зильберг. Прецизионные цифровые фазовые дискриминаторы для систем синхронизации цифровой сети // НТК молодых специалистов ■"Передача, прием и обработка сигналов в системах радиосвязи": Тез.докл. - Ростов, 1990. с. ТЗ-Т4.

9. АС СССР. W15&9340. МКИ и 03 D 3/04, н 03 l 7/00. Цифровой фазовый дискриминатор / Е.В.Зильберг, М.Н.Колтунов.

10. Заявка № 4608928/09, МКИ н 03 I- 7/06. Устройство синхронизации с фазовой автоподстройкой частоты / Е.В.Зильбэрг, М.Н. Кыггунов. Пол. реш. от 29.10.1990.

11. Заявка № 4726672/21 МКИ н 03 в 3/04. Способ определения отклонения частоты от номинального значения / Е.В.Зильберг, М.Н.Колтунов. Пол. реш. от 21.II.1990.

Т2. Е.В.Зильберг. Экспериментальные исследования фазовых блужданий цифрового сигнала и Сб. Системы коммутации с программным управлением. - М. 1ЩНИС. 1990. с. 35-47.

13. Е.В.Зильберг. Оптимизация динамических свойств цифровой системы фазовой синхронизации с ограниченным диапазоном управления частотой // Сб. Цифровые системы передачи и коммутации. - М. ЦНИИС. 1990. с. 45-62.

14. Е.В.Зильберг, М.Н.Колтунов. Прецизионные цифровые фазовые дискриминаторы последовательного типа для систем синхронизации // хил всесоюзная научная сессия, посвященная Дню радио : Тез. докл. -М.: Радио и связь, 1991. с. 154-155.