автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методы и устройства преобразования сигналов волоконно-оптических трактов систем управления

о

н

'Т'

'киевский политехнический институт

На правах рукописи НОСОВ Олег Викторович

УДК 621.39: 681.325

методы и устройства преобразования сигналов волоконно-оптических трактов систем управления

Специальности: 05.13.05 -- Элементы и устройства вычислительной

техники и систем управления 05.12.02 - Системы и устройства передачи информации по каналам связи

автореферат

Диссертация на соискение ученой степени кандидата технических

наук

КИЕВ-1992

Работа выполнена в Киевском политехническом институте на кафедре автоматики и управления в технических системах.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.А.Игнатов кандидат технических наук, с.и.о. Л.И.Гусятинский

Ведущая организация: институт проблем регистрации информа-

на заседаний специализированного совета Д 066.14.09 в Киевском политехническом институте.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печетьп учреждения, просим направлять по адресу: 252056, . Киев, просп. Победы, 37, КПИ, ученому секретари.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского политехнического института.

Автореферат разослан 18Э_2г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук,

Ю.П.Шураховский

ции АН Украины / г. Киев /

Защита диссертации состоится Лы£ 1993 г. в часов

доцент

РОССИИ"' ,

ЭСУД;: '

БИБЛ!:'

АННОТАЦИЯ

Целью диссертационной работы является повышение эффективности использования трактов передачи на основа волоконно-оптических линий в системах управления территориально рассредоточенными объектами путем разработки методов и устройств преобразования сигна-■ лов волоконно-оптических трактов.

Для достияения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализировались особенности передачи цифровой информации в трактах передачи (ТП) систем управления (СУ) распределенными объектами (РО) на основе волоконно-оптических линий и параметры характеризующие сигналы трактов передачи;'

- исследовались существующие методы передачи и приема в ТП;

- осуществлялось построение графов состояний марковских цепей, характеризующих сигналы ТП;

- разрабатывались и исследовались методы вероятностного"анализа графов состояний марковских цепей;

- разрабатывались рекомендации по синтезу сигналов ТП о заданными вероятностными характеристиками;

- разрабатывался комплекс программ моделирования энергетического . спектра сигналов ТП СУ;

- разрабатывались и исследовались методы и устройства формирования и обработки сигналов цифровых волоконно-оптических систем передачи (БОСП) ТП СУ РО.

Автор защищает следующие основные положения:

- способы формирования и обработки сигналов ТП на основе ВОСП;

- устройства формирования и обработки сигналов ТП;

- методику построения графов состояний марковских цепей, характеризующих блочные алфавитные сигналы;

- методику вероятностного анализа графов состояний марковских цепей;

- методику синтеза сигналов ТП, с заданными вероятностный характеристиками;

- комплекс программ моделирования энергетического спектра сигналов ТП.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Возрастающая сложность СУ, повышение

требований к динамическим свойствам удалешшх объектов управления приводит к необходимости увеличения эффективности использования ограниченных ресурсов ТП (полосы и мощности сигнала) и к ■ тенденции сокращения времени доставки контрольно-измерительной и управляющей информации в СУ. Внедрение новых высококачественных широкополосных трактов передачи для информационных управляющих потоков СУ РО на основе ВОСП позволяет повысить эффективность систем управления.

Оптическое,волокно как среда передачи сигнала, а также ойто-электронные компоненты оптического передающего и приемного устройств налагают ограничения на характеристики цифрового сигнала, поступающего в линейный тракт волоконно-оптических систем передачи, поэтому сигнал подвергается перекодированию с помощью преобразователя кода в так называемый "линейный код". Однако в рамках МККТТ вопрос выбора кодов цифровых систем передачи окончательно не решен, поэтому, в настоящее время, используются рекомендации по выбору кодов, полученные в результате экспериментов (Л.М.Анд-рушко, В.Б.Каток). Выбор кода сложная и чрезвычайно важная проблема, от правильного решения которой зависят технико-экономические показатели приемо-лередащей аппаратуры и проектируемой системы в целом.

Одним из путей повышения эффективности использования ТП СУ РО является совершенствование структуры линейных сигналов, уменьшения их избыточности , улучшения хронирующих свойств. В связи с этим задача исследования и разработки методов и устройств преобразования сигналов волоконно-оптических трактов систем управления является актуальной.

Методы исследования. Решение поставленных задач получено на основе теории информации, теории вероятностей и математической статистики/ а также методов математического и численного моделирования на ЭВМ.

Научная новизна диссертации заключается в развитии теоретических положений анализа и синтеза алгоритмов формирования сигналов трактов передачи с заданными вероятностными характеристиками, что в перспективе должно обеспечить переход от практики бессистемного и в значительной мере случайного выбора алгоритмов сигналообразования к проведению комплекса научно обоснованных исследований, обеспечивающих максимальное приближение вероятностных характеристик сигналов ТП к требуемым образцам.

Конкретные научные результаты состоят в следующем:

- предложена методика построения графов состояний однородных эр-годических марковских цепей, характеризующих блочные сигналы ТП, позволяющая использовать существующие математические модели для вероятностного анализа линейных сигналов;

- разработана методика вероятностного анализа графов состояний однородных эргодических марковских цепей, позволяющая качественно оценить распределние энергии по частотам, не прибегая к громоздким численным методам;

- предложен комплекс программ моделирующий энергетический спектр сигналов ТП, что позволяет получать количественные оценки вероятностных характеристик исследуемых сигналов;

- предложены рекомендации по синтезу линейных сигналов с заданными спектральными характеристиками;

- предложены новые метода и устройства модуляции интенсивности оптической несущей и прямого детектирования, позволяющие улучшить основные характеристики сигналов ТП;

- предлоиены новые методы и устройства, используемые в когерентных ВОСП, улучшающие информационную ц и энергетическую р эффективности.

Практическая ценность. Проведенные исследования позволили:

- снизить затраты при проектировании ТП СУ за счет использо-ания существующих математических моделей, описывающих сигналы ТП. Применение этих моделей стало возможным благодаря использованию методики построения графов состояний однородных эргодических марковских цепей;

- существенно сократить сроки разработки ТП СУ за счет внедрения методики вероятностного анализа графов состояний однородных эргодических марковских цепей, комплекса программ моделирования энергетических спектров сигналов ТП и методики синтеза сигналов с заданными вероятностными характеристиками;

- повысить скорость и верность передачи команд управления и информации о состоянии удаленного объекта в условиях ограниченного времени доставки сообщения за счет использования новых сигналов тракта передачи.

Внедрение результатов. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, использованы в научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках Донецкого НИИ комплексной автоматизации. Внедрение подтверждено приложенными к диссертации •

актами. Фактический эффект от внедрения результатов работы составил 52300 рублей (в ценах 1991г)..

Аппробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на научно-технической конференции в г. Киеве (1991 г.) и семинарах КПИ (Киев 1992 г.). .

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе получено четыре положительных решения и два авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы (137 названий) и приложения. Основное содержание работы изложено на 125 страницах машинописного текста. Работа содержит 43 иллюстрации, и 4 таблицы.

Во введении обоснована актуальность темы, определены задачи исследования, показана новизна и практическая ценность полученных результатов, перечислении положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе рассматриваются требования, предъявляемые к линейным сигналам цифровых ВОСП СУ РО. Приводится анализ параметров, характеризующих линейные сигналы. Анализируются методы линейного преобразования в когерентных системах и системах с модуляцией интенсивности оптической несущей и прямым детектированием. Обосновываются дальнейшие исследования.

Во второй главе разрабатываются основные принципы анализа и формирования линейных сигналов. Обосновывается представление линейных сигналов в виде однородных марковских цепей с ограниченным числом состояний. Развиваются методы построения графов состояний марковских цепей, характеризующих линейные сигналы. Разрабатывается методика вероятностного анализа графов состояний марковских цепей.Предлагаются некоторые подходы к синтезу алгоритмов формирования линейных сигналов.

В третьей главе разрабатываете т комплекс программ моделирования энергетического спектра линейных сигналов для различной вероятности появления единицы в исходной двоичной последовательности, амплитуды и фо.мы импульсов в ТП. Модел , позволяет определять как непрерывную, так и дискретную составляющие энергетического спектра в аналитическом виде, что исключает необходимость в каких либо приближенных решениях, связанных обычно со сложными

оценками степени приближения. Используя особенности блочных сигналов, корректируется математическая модель, что позволяет снизить объем вычислений при их моделировании.

В четвертой главе разрабатываются и исследуются кодеки, формирующие линейные сигналы с переменной избыточностью. Приводится реализация кодека, использующего безызбыточный принцип передачи и приема сообщений. Проводится вероятностный анализ кодов типа 1В2В, приводятся их аппаратные реализации. Исследуются блочные балансные коды. Анализируется система передачи дискретных сообщений использующая комбинированный относительный вид модуляции. Рассматривается система цифровой связи с частотно-импульсной модуляцией для когерентных волоконно-оптических трактов передачи.

В приложение вынесены распечатки программ, документы о внедрении, отзыв на доклад по материалам диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Для СУ РО характерно применение в их составе устройств формирования и обработки линейных сигналов, предназначенных для согласования дискретных параметров информационных и управляющих сигналов с характеристиками ТП.

Развитие и совершенствование СУ РО, их усложнение'и повышеще динамических свойств, точности и надежности функционирования требуют увеличения скорости, и верности передачи команд управления и информации о состоянии объектов. В работах ряда авторов показано, что при этом целесообразно повышать эффективность использования основных ресурсов имеющихся в составе СУ РО ТП (занимаемой полосы частот, мощности сигнала), которая в ряде случаев далека от потенциально достижимой. Одним из рациональных решений с позиций СУ РО в условиях высокой интенсивности помех является использование волоконно-оптических систем передачи информации в тракте передачи.

Многообразие видов информации, передаваемой в ТП СУ РО, не позволяет разработать один оптимальный линейный сигнал. Среди известных методов линейного преобразования получили методы модуляции интенсивности оптической несущей и прямым детектированием, в частности сигналы класса гсйпВ. При анализе шВпВ сигналов с ш-п-1 видно, что вероятностные характеристики кодов весьма сильно за-

висят от статистики исходного двоичного сообщения, в связи с чем возникает необходимость в поиске нового алгоритма преобразования с нулевой избыточностью и уменьшенной зависимость») от статистики •исходного двоичного сигнала.

Коды 1В2В классифицируются некоторыми авторами следующим образом:

-коды с максимальным числом переходов сигнала, соответсвенно.с довольно широким спектром;

-коды с более узким спектром, с уменьшенным числом переходов и вероятностью появления признака тактовой частоты; -коды, компромисно сочетающие качества двух первых групп.

К первой группе можно отнести сигналы АФМ, ОФМ. Недостатками кодов этой группы является невозможность передачи сервисных сигналов, возможность работы в режиме "обратного хода", большая избыточность. Отсюда следует вывод о необходимости создания сигналов с подобным энергетическим спектром, но с устранением указанных недостатков.

К второй группе относятся такие коды, как код Миллера, код Петровича, код Радева-Стоянова. Код Петровича сбалансирован по постоянному току, но имеет довольно низкие хронирующие свойства. Отсюда следует необходимость разработки кода с подавлением постоянного тока и хронирующими свойствами подобными свойствам кода Радева-Стоянова. Эту группу кодов необходимо также дополнить сигналами с энергетическими спектрами подобными коду Миллера, но с меньшей избыточностью.

И наконец, в блочных кодах тВпВ с п>>1 необходимо создать семейство кодов, имеющее возможность организации канала служебной информации без снижения длин регенерационных участков.

Когерентные ЕОСП являются перспективными в ТП СУ РО при дальнейшем совершенствовании элементной базы. Однако применение частотной или фозорой модуляции дает нвяыпокую информационную эффективность из-за фазоиых нестабильностей'ТП. В'связи с этим, возникает потребность в новых методах модуляции, позволяющих повысить информационную эффективность 4, в трактах с паразитной флуктуацией фазы.

Из приведенных классификации и анализа существующих линейных сигналов очевидно, что выбор "наилучшего" сигнала из такого множества является отнюдь не простой задачей и требует всестороннего исследования вероятностных свойств многоуровневых пос-

г

ледовательностей. Первым аспектом данной проблемы является ве- V роятностный анализ многоуровневых сигналов, с помощь») которого по заданному алгоритму преобразования двоичного исходного сигнала в многоуровневый можно определить вероятностные характеристики сигнала в тракте передачи. К второму аспекту проблемы относится синтез многоуровневых сигналов по заданным вероятностным характеристикам. Решение комплекса данных задач должно обеспечить возможность формирования многоуровневых последовательностей с заденными вероятностными свойствами, что позволит достичь значительного повышения качества передачи цифровой информации по линейным трактам различных типов.

Переход от заданного алгоритма к соответствующей марковской цепи является одним из основных этапов вероятностного анализа линейных сигналов. На наш взгляд наиболее эффективным методом перехода к марковским цепям является построение соответствующего графа состояний однородных эргодических марковских цепей с неразложимой матрицей переходных вероятностей.

В ряде работ приводятся алгоритмы построения графов состояний однородных эргодических марковских цепей, но они приводятся для таких алгоритмов сигналообразования, корреляционные связи в которых можно всегда представить в еиде_однородных циклов. Однако для блочных одноалфавитных кодов выделить однородные циклы в графах состояний не удается ввиду отсутствия корреляционных связей. Поэтому в работе предлагается следующий алгоритм построения графа состояний марковских эргодических цепей.

1) Из заданного алфавита выделяются группы, в которых содержатся слова с одинаковой диспаритетностью. Каждой группе присваивается значение диспаритетности слов, которые она объединяет.

2) Для каждой группы определяется вероятность перехода в нее.

3) Строится полносвязный граф степени Ы, где N - число выделенных групп. Вершины графа размечаются значениями диспаритетности групп.

4) Заменяются ребра графа на дуги. Разметка дуг проводится с учетом нормировки, т.е. чтобы сумма вероятностей исходящих дуг

, .о Ь„ о Ь«-! „И« о к . .

равнялась 1: Сь q °р + Сь q о р + ... + Сг.0 q р 0 - 1, где Ьо -ко-

о о "о

личество разрядов входного слова.

5) Заменяется разметка вершин графа на кодовые слова, соответствующие каждой группе, т.е. ^получается примитивный сигнальный граф.

8) От полученного примитивного графа переходим к импримитив-ному графу состояний марковской цепи. Для этого каждая вершина примитивного графа заменяется простой орцепыо.

Для многоалфавитных кодов предлагается иной алгоритм построения графов состояний однородных эргодических марковских цепей, т.к. эта группа кодов имеет корреляционные связи между двоичными группами.

1) Из заданных алфавитов выделяются группы выходных кодовых комбинаций вероятность появления которых одинакова. Строится таблица, которая дополняется значением диспаритетностей выходных кодовых слов.

2) Согласно правила выбора слов из алфавита, строятся вершины графа, которые размечаются значениями цифровой суммы, накапливаемой после приема каждого блока.

3) Полученные вершины разукрупняются вершинами, размеченными значениями диспаритетностей выходных кодовых слов. Причем, количество вершин и их соединение дугами определяется алгоритмом работы с многоалфавитной таблицей.

4) Дуги размечаются вероятностями из таблицы, полученной в пункте 1.

5) Заменяется разметка вершин графа на кодовые слова, соответствующие диспаритетностям вершин.

6) От полученного примитивного графа переходим к импримитив-ному графу состояний марковской цепи. Для этого каждую вершину примитивного графа заменяем простой орцепью.

По предложенным алгоритмам в работе приводится построение графов состояний для одно- и двухалфавитных кодов ЗВ4В.

Исследуя особенности структуры неразложимых стохастических матриц, приходим к заключению, что в стохастической матрице можно выделить'ряд отличных от нуля элементов:

V*.....%-1.Г

Последовательность такого вида назовем циклом порядка Н матрицы М. Таким образом, стохастическую матрицу можно разбить на ряд ■циклов, а учитывая, что стохастическая матрица это одна •йэ форм представления графа состояний марковских цепей, предлагается следующий алгоритм вероятностного анализа графов состояний марковских цепей.

1) Из гряфа состояний выделяются все существующие циклы.

Р.) Путем усреднения чостот р циклах, находится средняя час-

тота каждого цикла.

3) При анализе способов линейного преобразования сигналов необходимо учесть статистику источника двоичных сообщений. Если вероятность появления единицы во входном двоичном потоке мала, т.е.

р - 0.1, из графа состояний выбирается цикл, который соответствует непрерывной последовательности информационных нулей. На средней частоте этого цикла будет максимум непрерывной составляющей энергетического спектра исследуемого сигнала.

Если вероятность появления единицы в исходном двоичном потоке велика, т.е. р - 0.8, то из графа состояний выбирается цикл, который соответствует непрерывной последовательности информационных единиц.

4) При анализе способов линейного преобразования сигналов источника^цифровой информации со статистикой р - 0.5, необходимо провести усреднение частот всех циклов графа состояния. Полученная частота является частотой, на которой непрерывная составляющая энергетического спектра имеет максимальное значение.

5) Расчитываются длины всех циклов графа состояний и находится наибольший общий делитель h. Если наибольший общий делитель h четный, то в.спектре сигнала возможны следующие дискретные составляющие:

gh* 1 5( w - 2nx/Th ), ©в

g{* 1 SC w - п( Sx - 1 )/ Th ),

1|1 1 gg5( w - 2л( к + S/h )/'Th ),

S-l X—

где S - 1, 2, ... , ( i-1 ).

Если h имеет нечетное значение, то первая составляющая принципиально отсутструет в "спектре исследуемых сигналов. Если h < 3, то вторая дискретная составляющая энергетического спектра также принципиально отсутствует.

6) Лля проверки коэффициентов при дискретных составляющих g^

на равенство нулю, рассматриваются циклы, соответствующие исследуемой вероятности. Если средние значения амплитуд импульсов, расположенных ня .тобой t - й позиции в вершине импримитивного графа С t - 1, 2, ... ), равны нулю ( х - 0, а - 1, 2, ... ), то дис-

кретная составляющая энергетического спектра при заданной вероятности полностью отсутствует, т.е. - 0.

При р - 0.5 исследуются все циклы графа состояний, и если хоть в одном из циклов компенсация амплитуд не происходит, то в энергетическом спектре будут присутствовать дискретные составляющие .

По приведенной методике в работе проанализирован код Петровича и на качественном уровне проведена оценка его энергетического спектра.

Для количественной оценки энергетического спектра в работе предлагается комплекс программ. За основу взята математическая модель, исключающая необходимость в каких-либо приближенных решениях, связанных обычно со сложными оценками степени приближения. Недостатком модели является необходимость в громоздких вычислениях в общем виде, что исключает возможность численных расчетов, т.е. моделирование необходимо проводить в ручную. В предлагаемом комплексе программ удалось решить задачу автоматизации расчетов энергетических характеристик с помощью ЭВМ.

Первая программа комплекса определяет характеристический многочлен по входной матрице переходных вероятностей, исследуемых линейных сигналов. За основу рзят метод Лапласа.

Следующая программа создает систему уравнений согласно выражению:

А»

М' Р - Р

Программа проводит диалог с оператором, для получения данных о статистике источника двоичных сообщений.

Третий программный модуль осуществляет непосредственный расчет средних предельных абсолютных вероятностей, разрешая систему уравнений типа АХ-В, и используя при этом преобразования Хаусхол-дера.

■ Следующая программа вычисляет наибольший общий делитель.. Для этого создается присоединенная матрица, которая выражается через характеристический многочлен следующим образом:

ВСХ) - хп_1+ В^"-2 + В2ХП"3 + ... + , где В4 - Н + р1Е; В2- И2 + р^ + р2Е; В„ -Кп + р^11-1 + ... + рп если Д(\) - Хп + р1Хп~1 + рг\П-2 + ... + рп .

Шестая программа, используя корни минимального аннулирующего

многочлена, вычисляет энергетический спектр по следующей формуле: f(M') - fj(M') + f2(M') + f3(M'),

и' ш(к) (i) Сх, i) где ft(M*) - фЧМЖП/ф'СП; f2(in-2 I QK f2 *

K«7 i-1

*C0SwT/(i-l)!; f3(H')- I I QH (M')C0SwT/(i-l)!. и-x'+i i-i

Результатом вычисления программы являются два аналитических выражения: дискретная составляющая энергетического спектра.

Следующая программа, используя аналитическое выражение для непрерывной составляющей энергетического спектра, проводит дифференцирование в общем виде относительно аргумента wT. Из полученного выражения создается трансцендентное уравнение, находя корни которого, получаем точки экстремумов непрерывной составляющей энергетического спектра многоурорнерого сигнала.

Для уменьшения объема вычислений при определении спектраль- ' ных характеристик в работе проводится анализ особенностей блочных линейных сигналов. Показано, что при расчете энергетического спектра можно избежать определения минимального многочлена ф(Х) в каждом конкретном случае, поскольку всегда:

фШ - C\h - l)Xh .

С целью более полного использования основных ресурсов ТП СУ РО разработан ряд оригинальных кодеров и декодеров линейных сигналов. Предлагается кодек, реализующий код Modified Manchester. По сравнению с известными устройствами в предлагаемом кодеке на приемной и передающей сторонах уменьшено количество элементов, что позволяет проще обеспечить взаимодействие блоков при больших скоростях обмена. Важным достоинством предлагаемого устройства является высокая точность и стабильность положения переходов би-импульсного сигнала, формируемого на передающей стороне, т.е. правильная форма глп:'-диягрпммн сигнала. Выходной сигнал образуется ° плрменте ''ИСКЛОЩЩЕЕ ИЛИ", нп входы которого подаются сигналы с рыходор друх триггеров. Рречя переключения у двух триггеров одинаково при любых условиях енрлняЯ среды, если они находятся в одном корпусе микросхемы.

Более рлдикальннм подходом к снижению времени доставки сообщений в ТП СУ РО является использование новых линейных кодов. В рабсте предлагается новый способ линейного кодирования. Избыточность предлагаемого кода, при р-0.5, панна 0.143 п^г:-"» 0."

у кодов 1Б2В. Максимальное число подряд идущих символов одинаковой амплитуды данного кода 1-8.

Предложена аппаратная реализация данного кода. При моделировании энергетического спектра данного кода видно, что его непрерывная составляющая имеет большую ширину. Если в качестве канализирующих сред применяются многомодовые световоды, или одномодовые световоды с большими длинами регенерационных участков, то необходимо использовать сигналы с "стреловидным" энергетическим спектром. В работе предлагаются два новых сигнала с трео'уемыми спектральными характеристиками. В основе этих кодов лежит один оригинальный подход к синтезу линейных сигналов с.уменьшенной избыточностью и требуемым спектром. Этот подход заключается в том, что среди кодов с большой избыточностью, в данном случае 1В2В, ищется код с приемлемыми спектральными характеристиками. Затем избыточность выбранного кода уменьшается с одновременным анализом изменения спектральных характеристик. Т.е. находится компромисс между спектральными характеристиками и избыточностью. За базовый код для предлагаемых линейных сигналов выбран код Радева-Стояно-ва. Предлагаемые коды имеют избыточность 0.45 и 0.143, соответственно спектральные характеристики первого более близки к характеристикам кода Радева-Стоянова, чем характеристики второго. В работе предложена аппаратная реализация первого кода.

С целью улучшения вероятностных характеристик безызбыточных линейных сигналов предлагается новый код. Зависимость спектральных характеристик предлагаемого способа кодирования от статистических свойств источника двоичного сигналав два раза ниже, чем у кодов Шг-М, Шг-Б. Сбалансированность по постоянному току у предлагаемого кода лучше, чем у кода ЫН2—Ы. Так максимальное нормированное значение постоянного тока у предлагаемого кода равно 0.258 при р-0.5," а у кода МНИ-М - 2.4, при р=0.1. Приводится реализация кодека.

В качестве альтернативы кодам второй группы класса 1В2В в работа предлагается новый 1Б2В линейный код, сбалансированный по постоянной составляющей. При его синтезе использовались следующая оригинальная методика. Циклы синтезируемого кода должны содержать пепиод частоты, на которой необходимо иметь максимум энергии. Ше-лательно, чтобы все циклы имели одинаковую частоту, это сужает кривую непрерывной составляющей энергетической составляющей спектра и делает ее форму независимой от статистики источника двоичных

сообщений. Использование однородных циклов улучшает синхросвойст-ва сигналов.

Предлагаемый линейный сигнал улучшает синхронизационные свойства кода Петровича. В новом коде, в отличие от кода Петровича, комбинация последовательных единиц и нулей гпдируется максимальным числом переходов, т.е. вероятность изменения модулируемого параметра Рт- 1, тогда как у кода Петровича Рт- 0.5. Длинные

серии единиц и нулей кодируются так, что обеспечивают Рт- 0.67 по сравнению о Рт- I у кода Петровича. Это позволяет сделать вывод, что в наихудшем случав новый код обеспечивает почти на 10 процентов больше переходов за период времени, соизмеримый с продолжительностью цикла цифровой системы связи. Приводится кодек, реализующий данный сигнал.

Проведен анализ существующего способа дополнительной модуляции блочных балансных кодов. Показано, что используемая дополнительная амплитудная модуляция резко уменьшает помехоустойчивость тракта передачи. Предлагается новый способ, уменьшающий избыточность .блочных балансных кодов и учитывающий особенности этого класса сигналов, что позволяет повысить энергппотенциал тракта передачи на 10 процентов.

Для когерентных БОСП предложена и исследована система передачи дискретных сообщений с комбинированным относительным видом модуля-ляции. Повышение помехоустойчивости передачи дискретных .сообщений через такие каналы затруднено из-за сложности декодирования, а также энергетических потерь при использовании одно- и двухкратной относительной фазовой модуляции (0ФМ2и 0ШД) и некогерент- ■

ном приеме. Многопозиционные (частотные (4M), фазочостотные) виды модуляции позволяют устранить эти потери и обеспечить энергетический выигрыш, но реализация приема их сложна. Предлагаемые способ и устройство позволяют устранить этот недостаток за счет использования многопозиционного вила модуляции: комбиннропянннй относительный вид модуляции (КОБМ). В нем объединены относительные время-им-яулншая амплитудная (АН) и фазовая (ФМ) модуляции.

Дискретные равновероятен« синорные сообщения передаются в га-уссоосксм стационарном канале с novcam я - позиционного сигнала

( m - 2К, к - Я, 4, 5, ... 1, описнр9«?мггп следующим образом: L

ЯГ * ) « 5 и »хрС -0.7хк~2! - VT - т.\° •»• т„ ) >

.. . о 1 н

~Соз[ 2пГ0Х - ( я/2 фк ],

где т, ио> Г0, фн, тн - соответсвенно длительность ( по уровни

Л.д ) энергии, амплитуда, частота и начальная фаза ВЧ заполнения, начальное смещение огибающей импульсов сигнала; Т-Тр+Т3 - средний

период повторения сигнала, несущих по К бит информации (Т3 - длительность защитных интервалов, разделяющих рабочие интервалы, имеющие длительность Тр - т2"~2 );

Хр- ф(шоа 4) - хуф+х°-1 Ф- 4{(Чф+ х°-1 Ф)/4):

Х°т- т(шой 2к"2) - х- 2к~2((Хут+ Х°_1 т)/2к-2};

Хуф= 0,3, Хут= 0,2^- 1 - значения параметров несущих 2 и (К-2) -

бит информации соответственно; { х } - целая часть числа х.

При сравнении с наиболее эффективными системами, например со сверточным кодированием - -в дБ, р « 0.4 дБ, ц « 0.2 видно, что предлагаемая система в целом имеет лучшие показатели - -в.8 дБ, р '» 2.5дБ, т\ =» 0.26 ). В работе предложена система цифровой связи когерентных ВОСП с частотно-импульсной модуляцией, обладающая улучшенной энергетической эффективностью р, по сравнению с системой КОВМ, за счет увеличения алфавита сигналов. При МТ—>=*= выигрыш по р —> 3 дБ.

По результатам теоретических исследований, выполненных в работе реализованы, испытаны и внедрены:

- кодек реализующий безубыточное кодирование;

- устройство передачи и приема дискретных сообщений, реализующее блочные балансные коды с дополнительным информационным каналом;

- кодеки новых кодов класса 1В2В.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЕЫВОДЫ

1. На основе анализа характерных особенностей волоконно-оптических трактов передачи систем управления обоснован выбор путей повышения эффективности их функционирования,' треоующих разработки экономичных устройств формирования и обработки сигналов.

2. Предложены алгоритмы построения графов состояний марковских цепей, характеризующих блочные сигналы линейных трактов, что дает возможность использовать при анализе вероятностных харак-

теристик этих сигналов существующие математические модели, позволяющие снижать затраты на проектирование ТП СУ.

3. Предложена методика вероятностного анализа графов состояний марковских цепей, позволяющая качественно оценить распределение энергии по частотам, не прибегая к громоздким вычислениям, что значительно сокращает сроки проектирования ЛП СУ.

4. Разработан программный комплекс моделирующий энергетические спектры линейных сигналов, что позволяет иметь количественную оценку вероятностных характеристик исследуемых сигналов, не прибегая к экспериментам. Это позволяет снизить как временные затраты, так и затраты на стендовое оборудование. Выявлены особенности в определении вероятностных характеристик блочных кодов, что позволило значительно уменьшить объем проводимых вычислений.

5. Предложена методика синтеза кодов, с заданной формой непрерывной составляющей энергетического спектра, на базе которой синтезированы два способа линейного преобразования сигналов с вероятностными характеристиками близкими коду Радева-Стоя-нова, но с уменьшенной избыточностью (0.45, 0.143 ) против 0.5, что Позволило уменьшить время доставки сообщений и увеличить количество синхропризнаков.

8. Предложен безызбыточный способ и устройство преобразования сигналов с уменьшенной в двое зависимостью вероятностных характеристик от статистики источника двоичных сигналов.

7. Разработано устройство на основе сформулированных рекомендаций к синтезу кодов на базе изолированных однородных циклов. Предложенное устройство реализует линейный сигнал с улучшен- ' ными синхронизационными свойствами (вероятность изменения мо- 1 дулируемого параметра Рт = 1 'при р - 0.5).

8. Предложены устройства для когерентных цифровых ВОСП, реализующие комбинированной относительный вид модуляции (р-2.5 дБ, .

дВ, 14-0.28) и частотно - импульсную модуляцию , позволяющую за счет ухудшения использования полосы частот добиться увеличения помехоустойчивости р, по сравнению с системами с КОЕМ до 3 дБ.

9. Разработанная методология и технические средства позволили: внедрить в производство инженерные методики вероятностного анализа и синтеза алгоритмов формирования линейных сигналов в , качестве базовой основы инженерной оценки свойств внализируе-

uux и синтезируем« линейных сигналов; создать кодеки цифровых БОСП и освоить в производстве концентраторы телефонных каналов^

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. йураковский Ю.П., Носов О.Б. Эффективное кодирование в цифровых волоконно-оптических системах передачи информации.Тезисы докладов научно-технической конференции "Аппаратные и программные средства локальных сетей &БМ". Киев, 1991.

2. Носов 0. Б. О новом линейном коде 1Б2В в цифровых ВОСП. Тезисы докладов научно - технической конференции "Аппаратные и программные средства локальных сетей ЭВМ". Киев, 1991.

3. Шураковский И.П., Федоров Е.Г., Носов О.Б.-Линейный код для цифровых волоконно-оптических систем передачи//Вестн.Киев. политехи.ин-та. Автоматика и злектроприборостроение. Вып.29.

4. A.c. 1555421 МКИ Н04,Б7/165. Система связи с относительной фазовой и фазоимпульеной модуляцией/ Бронников В. Н., Носов О.Б. - И 4346054/09 от 23.12.87.

5. A.c. 1782418 СССР, МКИ Н04 L 5/14. Устройство передачи и приема двоичных сигналов/ 0. Б. Носов - № 4834990/06 .

8. МКИ Н04 В 7/165. Система цифровой связи с время - частотной модуляцией/ Бронников В. Н., Алаев А. Н., Носов 0. В.- пол. решение по заявке на изобретение, №4947523/09 от 30.10.91.

7. МКИ Н04 В 5/02. Способ передачи и приема дискретных сообщений и устройство для его осуществления/ 0. В. Носов - пол. решение по заявке на изобретение, №4911749/09 от 13.02.92.

8. МКИ Н04 В 5/02. Способ передачи и приема дискретных сообщений и устройство для его осуществления/О.В.Носов - пол. решение по заявке на изобретение, (£4932645 от 22.05,92.

9. МКИ Н04 В 5/02. Цифровая система передачи сообщений с ис-

. пользуемым в линии связи кодом пВ(п+1)В/ О.В. Носов, Е.Г.Федоров-пол. решение по заявке на изобретение, №4539094/09 от 26.08.92.

10. »уракоеский D.H., Носов О.В., Блочный линейный код для цифровых волоконно-оптических систем передачи//Вестн. Киев, политехи. ин-та. Автоматика и электроприборостроение. Вып.SO.

Соискатель

О.В.Носов