автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Повышение помехоустойчивости приемных устройств волоконно-оптических систем передачи телевизионных сигналов

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

УДК 62].396.624:[621.396.22.029.7:621.397.23](043)

0 1

о

Од

'¿¿СЕН 1338

Тарченко Надежда Владимировна

ПОВЫШЕНИЕ. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Специальность 05.12.17. Радиотехнические и телевизионные системы к устройства.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск, 1998

Работа выполнена на кафедре "Системы телекоммуникаций" Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кириллов В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чердынцев В.А. кандидат технических наук Малышев С.А.

Оппонирующая организация: НИИ цифрового телевидения

МПО "Горизонт"

Защита состоится I октября 1998 г. в 14°° на заседании совета по защите диссертаций Д 02.15.02 Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники по адресу: 220027, г. Минск, ул. П. Бровки, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Автореферат разослан 1998 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

С.Б. Саломатин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Многообразие известных вариантов построения систем передачи телевизионных сигналов с использованием волоконно-оптических линий связи, связанное с применением различных видов модуляции и разделения каналов, разнообразной элементной базой, необходимостью передачи различных видов информации, требует на этапе проектирования определения характеристик систем передачи, которые можно достигнуть в конкретных условиях эксплуатации. Значительное влияние на эти характеристики оказывают способ построения и параметры приемных оптических устройств.

Известные проектные решения приемных устройств не являются оптимальными при передаче телевизионных (ТВ) сигналов, что вызывает необходимость в проведении работ по созданию эффективных структур и параметрической оптимизации указанных устройств.

Цель и задачи исследования

Цель работы:

1. Разработка приемных устройств волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) ТВ сигналов, обеспечивающих увеличение отношения сигнал/шум.

2. Разработка математических моделей приемных устройств однока-нальиых и многоканальных ВОСП ТВ сигналов, позволяющих произвести оценку их помехоустойчивости.

3. Параметрическая оптимизация приемных устройств.

Разработка инженерных методик расчета параметров приемных устройств.

Проведение данных исследований необходимо для успешного внесения в Республике Беларусь волоконно-оптических систем передачи телевизионных сигналов и может быть использовано при проектирова-ши и внедрении интегральных сетей информационного обслуживания.

Задачи исследования: . Разработать новые варианты построения приемных устройств однока-нальных и многоканальных ВОСП ТВ сигналов, отличающиеся от известных более высокой помехоустойчивостью. :. Разработать математические модели, методики инженерного расчета, пакеты прикладных программ и рекомендации по выбору оптималь-

ных параметров различных вариантов построения приемных устройств и систем в целом, позволяющие получить наилучшие качественные характеристики по помехоустойчивости с учетом специфики ТВ сигнала и особенностей его восприятия.

Объект и предмет исследования

Объект исследования - приемные устройства волоконно-оптических систем передачи телевизионных сигналов, предмет исследования - их способы построения и математические модели.

Методы исследования

Эвристический синтез, параметрическая оптимизация, теория передачи сигналов, статистическая теория связи, математическое моделирование.

Научная новизна полученных результатов I.Предложено новое приемное устройство одноканальных ВОСП с адаптивной обработкой ТВ сигнала, обеспечивающее повышение отношения сигнал/шум (защищено авторским свидетельством № 1322505).

2 Предложено новое приемное устройство многоканальных ВОСП ТВ сигналов с аналоговой модуляцией, использующее многоконтурную входную цепь, в котором за счет улучшения согласования по шумовым характеристикам оптоэлектронного преобразователя и предварительного усилителя обеспечивается повышение отношения сигнал/шум (защищено авторским свидетельством № 1515399). 3. Разработаны новые математические модели приемных устройств ВОСП ТВ сигналов с различными видами модуляции, учитывающие особенности зрительнбго восприятия телевизионных изображений, свойства компонентов оптического тракта и методы предыскажений, коррекции и адаптивного приема; разработанные модели являются теоретической основой для сравнительного анализа и параметрической оптимизации различных вариантов приемных устройств и волоконно-оптических систем передачи телевизионных сигналов в целом.

Практическая значимость полученных результатов I. Разработаны методики расчета отношения сигнал/взвешенный шум в приемных устройствах ВОСП ТВ сигналов, учитывающие существен-

з

iiyro неравномерность спектра шума на видеоиыходе для различных видов модуляции и вариантов построения приемных устройств.

2. Разработаны методики инженерного расчета оптимальных параметров различных вариантов приемных устройств, определена связь оптимальных параметров с конкретными условиями эксплуатации.

3. Разработан пакет прикладных программ расчета и параметрической оптимизации приемных устройств ВОСП ТВ сигналов с различными видами модуляции и разделения каналов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Варианты построения приемных устройств одноканальных и многоканальных ВОСП ТВ сигналов, обеспечивающие повышение отношения сигнал/шум.

2. Математические модели известных и предложенных структур построения приемных устройств, позволяющие произвести расчет их помехоустойчииости.

3. Методики инженерного расчета приемных устройств ВОСП ТВ сигналов с различными видами модуляции и разделения каналов.

4. Результаты параметрической оптимизации и сравнительного анализа структур приемных устройств одноканальных и многоканальных ВОСП ТВ сигналов, рекомендации по их применению.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертации докладывались на 16 международных,всесоюзных, республиканских научно-технических конференциях (НТК), в том числе на III Всесоюзной НТК "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" (Таллин, 1987), на V Всесоюзной НТК "ВОСП-88" (Москва, 1988), на I Всесоюзной НТК "Системы кабельного телевидения vi их обслуживание" (Москва, 1988), на Всесоюзной НТК "Развитие и совершенствование технических средств в ТВ вешании" (Минск, 1988), на I и II межотраслевых НПК "Развитие и совершенствование юлеьшиинной техники" (Львов, 1990, 1991), на Межотраслевой НТК "Проблемы и перспективы развития современных телевизионных систем" (Суздаль, 1990), на международной НТК "Современные средства связи" (Минск, 1995), на республиканском НТ семинаре-сессии "Opi анизация и технология средств ;вязи" (Минск, 1996).

Публикации по теме диссертации

По основным материалам диссертации опубликованы 32 научные работы, в том числе 10 статей в международных научно-технических журналах и сборниках, 9 тезисов докладов, 2 авторских свидетельства, 9 отчетов о НИР, 2 депонированные рукописи.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяш глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Полный текст составляет 146 стр., в том числе: иллюстраций 26 стр. (46 рис., 7 табл.), список использованных источников из 85 наименований - 7 стр., приложения - 8 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и общей характеристике работы обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследований.

Существующие на сегодняшний день способы построения приемных устройств не позволяют в полной мере реализовать потенциальные возможности системы передачи именно телевизионных сигналов. Повышение помехоустойчивости приемных оптических устройств ведется в двух направлениях: путем совершенствования их структуры и путем нахождения таких параметров элементов приемного устройства, при которых реализуется максимально достижимая величина отношения сигнал/шум. Это требует разработки математической модели приемного устройства, наиболее полно учитывающей влияние на помехоустойчивость параметров системы передачи ТВ сигналов в целом и оптического тракта в частности.

В первой главе анализируются структуры и характеристики приемных устройств одноканальных волоконно-оптических систем передачи (ВОСГ1) телевизионных сигналов. Определены требования, предъявляемые к приемным устройствам. Показано, что приемное устройство содержит линейную часть, где осуществляется выделение и коррекция огибающей оптического сигнала, и детекторную, где производится выделение непосредственно информационного (телевизионного) сигнала.

Разработана базовая математическая модель линейной части приемного устройства - приемного оптоэлектрониого модуля (ПРОМ), включающего в себя оптоэлектронный преобразователь (ОЭП), на1ру-

женный на частотно-зависимую входную цепь (ВЦ), усилитель электрического сигнала, корректор амплитудно-частотных искажений входной цепи (КВЦ) и корректор амплитудно-частотных искажений оптического траста. ВЦ совместно с КВЦ реализуют противошумовую коррекцию. На основе эквивалентных шумовых схем замещения активных элементов ПРОМ получено аналитическое выражение для расчета спектральной плотности мощности шума на выходе линейной части приемного устройства с учетом параметров входной цепи и параметров оптического тракта, в частности его дисперсионных свойств.

Для ВОСП ТВ сигналов с непосредственной модуляцией интенсивности (ИМИ) оптического излучения информационным сигналом и при использовании промежуточной электрической ступени модуляции произведен расчет спектральной плотности мощности шума на видеовыходе системы, учитывающий преобразования в отдельных блоках тракта приема, в том числе в электрическом (амплитудном или частотном) демодуляторе, а также особенности восприятия флуктуаци-онных помех зрительным аппаратом человека.

Получено выражение для расчета взвешенной мощности шума на видеовыходе системы для одноканальной ВОСП ТВ сигналов:

">0+«В

Рш^у- ¡О2Ш((о)к2ккн((оЩ(о-0о)Ф((о-о)о)(1о)>

2Лт0-Пв

где при ИМИ ц=1, о)о=0, при наличии промежуточной ступени модуляции р=2, ®о - соответствует несущей частоте модулированного сигнала; кккн(ю) - нормированный коэффициент передачи корректора АЧХ оптического тракта;

- функция, зависящая от вида модуляции и учитывающая изменение спектральной плотности мощности шума в демодуляторе: У1(ю)=1 при ИМИ и АМ с двумя боковыми полосами, при ЧМ - У2(о>)=ю2; Ф(о) - весовая функция флуктуационной помехи, определяемая коэффициентом передачи пространственно-временного фильтра нижних частот, каковым является аппарат зрения человека. Для определения мощности шума без учета взвешивания Ф(со)=1; а2ш(<и) - двусторонняя спектральная плотность мощности эквивалентного генератора шумового тока, полученная пересчетом всех источников шумов ПРОМ на выход опгоэлектронного преобразователя и эавная

1

+04(ш)

22 и«)

ниаш)

Н21(]со)

где Сь С2(а), Оз(ш), О+Сш) - двусторонние частотно-зависимые спектральные плотности мощности источников шумов активных и пассивных элементов ПРОМ, учитываемых в разработанной модели; Н21(]со), Н22О©) - Н-параметры четырехполюсника входной цепи;

10ш) - входная проводимость предварительного усилителя.

При непосредственной модуляции интенсивности оптического излучения ТВ видеосигналом анализируется эффективность простой апериодической противошумовой коррекции.

При передаче ТВ сигнала с дополнительной ступенью аналоговой модуляции предложено использовать в качестве нагрузки ОЭП параллельный колебательный контур, реализующий метод резонансной противошумовой коррекции, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум на видеовыходе системы на 7-10 дБ.

На основе базовой математической модели разработана методика расчета и параметрической оптимизации различных вариантов построения приемных устройств одноканалышх ВО СП ТВ сигналов, учитывающая влияние режимов работы активных элементов ПРОМ по постоянному и переменному токам, вид входной цепи, глубину противошумовой коррекции, вид модуляции. Определены оптимальные значения глубины противошумовой коррекции, активной составляющей проводимости нагрузки ОЭП и коэффициента лавинного умножения.

При использовании в качестве оптоэлектронного преобразователя лавинного фотодиода (ЛФД), получено аналитическое выражение изменения отношения сигнал/шум (ОСШ) при отклонении коэффициента лавинного умножения от своего оптимального значения:

ДЧЧМ) = У(Мор1) - Ч'(М) = 101ё

,Ф2(2 + Х).

где ф=М/М0Р( - относительное отклонение значения коэффициента лавинного умножения от оптимального, х - коэффициент избыточного шума ЛФД.

Показано, что это изменение в одноканальных ВОСП ТВ сигналов не зависит от вида модуляции, способа построения ВЦ, параметров сигнала, а определяется параметрами ЛФД.

Результаты моделирования показали, что при всех вариантах построения приемных устройств одноканальных ВОСП ТВ сигналов целе-

сообразно использовать противошумовую коррекцию (ПШК), увеличивая активное сопротивление нагрузки ОЭП. ШИК наиболее эффективна при использовании р-ьп ФД, выигрыш от ее применения в предельном случае, когда дробовыми шумами р-ьп ФД можно пренебречь, может составить 10 дБ при увеличении глубины ПШК от 3 до 20 дБ. При использовании ЛФД изменение в указанных пределах глубины ПШК ведет к росту ОСШ лишь на 2...3,5 дБ в зависимости от коэффициента избыточного шума.

Показано, что в ВОСП с аналоговыми видами модуляции, когда требуется обеспечить высокие (более 50 дБ) значения ОСШ, использование ЛФД не дает выигрыша в ОСШ, а с учетом сложности настройки применять ЛФД в указанных системах не рекомендуется.

Для одноканальных ВОСП ТВ сигналов с ИМИ и промежуточной ступенью модуляции предложен вариант адаптивного приемного устройства с двухкапальной входной цепью (защищен авторским свидетельством), имеющего различные по полосе пропускания каналы. Для него разработана методика расчета и параметрической оптимизации. Показано, что такое приемное устройство позволяет па 9-19 дБ улучшить ОСШ в зависимости от вида модуляции.

Во второй главе проведена структурная и параметрическая оптимизация приемных устройств многоканальных ВОСП ТВ сигналов, использующих аналоговые методы модуляции и частотное разделение каналов.

Анализ известных приемных устройств позволил предложить эффективное приемное устройство многоканальных ВОСП с разделением каналов во входной цепи (защищено авторским свидетельством). В таком приемном устройстве используется многоконтурная входная цепь, реализующая преимущества резонансного метода приема.

Разработана математическая модель приемных устройств многоканальных ВОСП ТВ сигналов с аналоговыми видами модуляции и различными вариантами построения входной цепи, учитывающая вид модуляции, параметры оптического и электрического трактов, а также чувствительность зрительного аппарата человека к фдуктуационным помехам.

Показано, что для каждого варианта построения возможен оптимальный выбор параметров приемного устройства, обеспечивающих минимум шумов в групповом сигнале.

Выявлено влияние коэффициента лавинного умножения ЛФД на ОСШ в каналах. В частности показано, что коэффициент лавинного умножения ЛФД Морц для многоканальных ВОСП ТВ сигналов с общим оптическим трактом приема целесообразно выбирать исходя из обеспечения минимума шумов в групповом сигнале. Таким критерием является минимум функции, пропорциональной сумме мощностей всех шумов в групповом сигнале при равных мощностях канальных сигналов:

где j - номер канала, ...Ы; N -количество уплотняемых каналов; Ч^(М0р,хХ ^(Мор1() - ОСШ в>ом канале при оптимальном коэффициенте лавинного умножения для группового сигнала Мор(1 и для канального Сигнала Мору.

Разработана новая математическая модель приемного устройства с многоконтурной входной цепью. Результаты оптимизации показали, что максимальное значения ОСШ в каналах достигается при совпадении резонансных частот первичного и вторичного контуров входной цепи с центральной частотой соответствующего канала, наличии активного сопротивления во вторичном контуре, выполнении условия критической связи.

Разработана методика расчета и параметрической оптимизации приемных устройств многоканальных ВОСП ТВ сигналов с аналоговыми видами модуляции при заданном количестве частотно уплотняемых каналов, заданных значениях несущих частот, параметрах модуляции, а также с учетом конкретных параметров оптической линии, элементов оптического приемника и известной падающей оптической мощности.

Сравнительный анализ приемных устройств показал, что выигрыш в величине отношения сигнал/шум приемного оптического устройства с многоконтурной входной цепью по сравнению с другими вариантами увеличивается с ростом числа ТВ каналов и составляет 7-10 дБ для трехканальной и 10-14 дБ для пятиканальной ВОСП.

В третьей главе проведена параметрическая оптимизация приемных устройств многоканальных ВОСП ТВ сигналов, использующих ана-лого-импульсные методы модуляции и временное разделение каналов.

Разработаны и проанализированы различные структурные схемы приемных устройств ВОСП ТВ сигналов, отличающиеся построением линейной и детекторной частей.

В частности при обработке низкочастотных составляющих спектра аналого-нмпульсно модулированных (АНИМ) сигналов предлагается использовать приемное устройство с апериодической входной цепыо и простой противошумовой коррекцией. При обработке составляющих спектра частотно-импульсно-модулированного сигнала в районе несущей частоты целесообразно использовать приемное устройство с резонансной входной цепыо и резонансной противошумовой коррекцией с последующим детектированием ЧМ сигнала. Возможна также нелинейная импульсная обработка АНИМ сигналов с применением пороговых методов приема.

Разработаны математические модели указанных приемных устройств ВОСП ТВ сигналов, на основе которых была проведена их параметрическая оптимизация.

Для приемного устройства с нелинейной импульсной обработкой АНИМ сигнала на основе статистических методов анализа импульсного случайного процесса с детерминированным тактовым интервалом получено выражение для расчета спектральной плотности мощности шума на выходе демодулятора с учетом параметров линейного тракта, построения входной цепи, степени коррекции формы импульса в линейной части приемного устройства.

Получены выражения для расчета оптимального сопротивления нагрузки ОЭП и, соответственно, глубины противошумовой коррекции, оптимального коэффициента лавинного умножения, степени коррекции формы импульсов, при которых в приемном устройстве реализуется максимальная помехоустойчивость. Показано, что эти параметры должны быть разными в зависимости от типа ОЭП: для р-1-п ФД целесообразно повышать сопротивление нагрузки и глубину противошумовой коррекции, длительность фронта импульса нужно корректировать до величины, не менее длительности импульса; при использовании ЛФД с оптимальным коэффициентом лавинного умножения выбор величины сопротивления нагрузки некритичен (увеличение глубины противошумовой коррекции не ведет к существенному росту ОСШ), линейная часть приемного устройства должна быть существенно более широкополосной (по сравнению с вариантом применения р-ьп ФД) и обеспечивать достаточную крутизну фронта импульса.

Отмечено, что в волоконно-оптических системах передачи телевизионных сигналов, использующих аналого-импульсные методы модуляции и приемные устройства с нелинейной обработкой импульсного сиг-

нала, целесообразно применять лавинные фотодиоды, позволяющие за счет выбора оптимального коэффициента лавинного умножения увеличивать величину ОСШ на 15-18 дБ.

По сравнению с существующими, предлагаемая математическая модель позволяет наиболее полно учесть влияние на величину помехоустойчивости таких факторов, как вид аналого-импульсной модуляции, способ разделения каналов, параметры аналого-импульсно - модулированного сигнала, характеристики оптического тракта, реализация ПРОМ и его параметры.

Результаты расчета помехоустойчивости одноканальных ВОСП ТВ сигналов с различными видами аналого-импульсной модуляции и различной обработкой на приемной стороне показали, что лучшими являются варианты с использованием частотно-импульсной модуляции (ЧИМ). При этом приемные устройства с нелинейной обработкой ЧИМ сигнала и с преобразованием ЧИМ-ЧМ и резонансной входной цепью дают близкие результаты, наилучшие по сравнению с остальными. В многоканальных системах передачи с временным разделением каналов целесообразно использовать фазо-импульсную модуляцию, выигрыш от применения которой по сравнению с широтно-импульсной модуляцией растет с увеличением скважности.

В четвертой главе в развитие материалов предыдущих разделов разработана математическая модель приемного оптического устройства цифровых ВОСП, в том числе и ВО СП ТВ сигналов, учитывающая построение входной цепи приемного устройства и характеристики оптического тракта.

Разработана инженерная методика расчета и параметрической оптимизации цифровых приемных устройств. Оптимизация параметров приемного устройства позволяет увеличить энергетический потенциал системы передачи, что в конечном итоге может быть обменено на увеличение длины регенерационного участка или на расширение зоны обслуживания при создании сети.

Разработанная методика учитывает параметры как оптического, так и электрического трактов системы. Показано, что оптимизируемыми являются следующие параметры: сопротивление нагрузки ОЭП, неравномерность АЧХ ВЦ, коэффициент лавинного умножения ЛФД, степень коррекции импульса на приемной стороне.

и

Наибольшая эффективность простой ПШК обеспечивается при использовании р-ьп ФД. Изменение ОСШ АЧ' в зависимости от глубины ПШК Ь для р-ьп ФД описывается функцией:

где Ь - произвольное значение глубины ПШК, И >1;

с}| - коэффициенты, связанные с мощностью шумов ПРОМ; - проводимость нагрузки ОЭП при Н-1. При увеличении глубины ПШК до величины Ь—10 (от 3 до 20 дБ) ДЧ' увеличивается на 10 дБ.

При использовании лавинного ФД с оптимальным коэффициентом лавинного умножения изменение ОСШ АЧ' рапно:

где х - коэффициент избыточного шума ЛФД, и составляет 2...3,5 дБ в зависимости от коэффициента избыточного шума ЛФД.

Вместе с тем в цифровых ВОСП, где заданная вероятность ошибки реализуется при относительно низких значениях ОСШ (25-30 дБ), использование ЛФД позволяет обеспечить выигрыш в помехоустойчивости 15-20 дБ по сравнению со случаем применения р-ьп ФД.

Результаты математического моделирования представлены в виде, позволяющем оперативно провести сравнительный анализ помехоустойчивости цифровой ВОСП и ВОСП, использующих другие виды модуляции, при различных параметрах оптического тракта.

В пятой главе приведены сведения о практическом применении предложенных структур построения приемных устройств и разработанных математических моделей при проектировании ВОСП ТВ сигналов с различными видами модуляции и разделения каналов.

Известные преимущества ВОСП, совершенствование технологии производства оптических компонентов позволяют внедрять ВОСП как на первичной, так и вторичной сетях связи, в том числе в системах распределения ТВ программ. Для передачи последних в сетях кабельного телевидения принципиально возможно использование аналоговых, ана-лого-импульсных И цифровых методов модуляции.

В существующих системах кабельного телевидения на основе коаксиального кабеля используются аналоговые методы передачи, согласо-

А'Р(Ь)=-^-101ё(11), 2 + х <

ванные с действующими системами и стандартами телевизионного вещания и парком телевизионных приемников. Поэтому при проектировании ВОСП ТВ сигналов необходимо решить проблемы, связанные с выбором конфигурации сети, вида модуляции и разделения каналов. При их решении должны быть учтены такие ограничивающие факторы, как совместимость с коаксиальной сетью кабельного телевидения и системами спутникового телевизионного вещания, число передаваемых ТВ программ, количество абонентов, дальность, стоимость и т. д.

Разработанные в диссертационной работе математические модели, методики расчета и параметрической оптимизации приемных устройств ВОСП ТВ сигналов с различными методами модуляции и уплотнения каналов позволяют рассчитать помехоустойчивость, реализуемую в приемных устройствах, применительно к реальным условиям функционирования систем распределения ТВ программ; выбрать оптимальные структуру и параметры приемного устройства для конкретного вида модуляции и количества передаваемых ТВ сигналов.

Диссертационная работа является частью научно-исследовательских работ по созданию сетей распределения телевизионных сигналов вещательного и прикладного телевидения повышенной четкости на основе ВОСП, проводимых на протяжении ряда лет в Белорусском государственном университете- информатики и радиоэлектроники на кафедре "Системы телекоммуникаций". Разработанные варианты построения приемных устройств, результаты их параметрической оптимизации были использованы при проектировании, создании и экспериментальном исследовании нескольких волоконно-оптических систем передачи ТВ сигналов, сведения о хоторых приведены ниже.

1. Волоконно-оптический линейный тракт передачи шести ТВ программ методом ЧИМ-ПРК для гибридной сети кабельного телевидения (совместно с ПО "Горизонт", г. Минск), предназначенный для передачи радиосигналов вещательного телевидения по оптической линии связи от головной станции системы кабельного телевидения к домовым станциям, являющимися центрами распределения ТВ программ по коаксиальному кабелю, а также для обмена ТВ программами между головными станциями. Для передачи нескольких ТВ программ используется пространственное разделение каналов.

При проектировании и создании данной системы был проведен сравнительный анализ способов детектирования ЧИМ сигнала и выбран способ детектирования линейного сигнала, обеспечивающий максималь-

ную помехоустойчивость. На основе принципиальной схемы приемного устройства произведен расчет его чувствительности по предложенной автором методике. Разработаны рекомендации по выбору линейной частоты и параметров ЧИМ сигнала с учетом максимизации отношения сигнал/комбинационные продукты при выбранном способе детектирования ЧИМ сигнала, а также с учетом параметров оптического тракта системы.

2. Линейный тракт передачи трех ТВ программ по одноволоконно-му оптическому кабелю методом ЧМ-ЧРК для сети кабельного телевидения (совместно с ПО "Горизонт", г. Минск), предназначенный для передачи радиосигналов вещательного телевидения по одноволоконному оптическому кабелю от головной станции системы кабельного телевидения к домовым станциям, а также для обмена ТВ программами между головными станциями. Для передачи трех ТВ программ используются частотная модуляция и частотное разделение каналов.

Выбор значений несущих частот в силу нелинейности энергетической характеристики применяемого полупроводникового лазерного диода производится с учетом минимизации мощности комбинационных продуктов, попадающих в полосу частот каждого канала.

Приемное устройство указанной системы содержит ПРОМ с многоконтурной входной цепью, структура которого предложена автором. Параметры приемного оптического устройства рассчитывались по разработанной методике. Параметры входных цепей выбраны оптимальными по критерию ОСШ для приема канальных сигналов.

3. Система передачи сигналов прикладного телевидения повышенной четкости по волоконно-оптической линии (совместно с ВНИИРА г, Санкт-Петербург) разработана для службы управления воздушным движением и обеспечивает отображение на видеомодулях цветной буквенно-цифровой информации о наблюдаемых объектах. Она предназначена для передачи аналогового широкополосного (с полосой от 0 Гц до 100 МГц) телевизионного сигнала и сигналов синхронизации на телевизионные видеомодули монохромного и цветного изображения с использованием волоконно-оптической линии связи.

В данной системе используется непосредственная модуляция мощности оптического излучения широкополосным видеосигналом, для передачи сигналов основных цветов используется пространственное разделение каналов.

Математическое моделирование на основе предложенных автором методик позволило рассчитать оптимальные параметры приемного оптического устройства, его чувствительность и энергетический потенциал системы при заданной протяженности, параметрах сигнала и оптического тракта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа представляет собой решение важной научно-технической задачи построения и анализа приемных устройств одноканальных и многоканальных ВОСП ТВ сигналов.

Основные научные результаты работы следующие:

1. Разработаны новые, защищенные авторскими свидетельствами, структурные решения при построении приемных оптических устройств, которые позволяют улучшить ОСШ, реализуемое в системе, по сравнению с традиционными вариантами: предложено новое приемное устройство одноканальных ВОСП с адаптивной обработкой ТВ сигнала; предложено новое приемное устройство многоканальных ВОСП ТВ сигналов с аналоговой модуляцией и частотным разделением каналов, использующее многоконтурную входную цепь, улучшающую согласование по шумовым характеристикам оптоэлектронного преобразователя и предварительного усилителя.

2. Разработаны новые математические модели приемных устройств ВОСП ТВ сигналов с различными видами модуляции, учитывающие особенности зрительного восприятия телевизионных изображений, свойства компонентов оптического тракта и методы предыскажений, коррекции и адаптивного приема; эти модели являются теоретической основой для сравнительного анализа и параметрической оптимизации различных вариантов построения приемных устройств и систем передачи телевизионных сигналов в целом.

Практическая значимость работы; 1. Разработаны методики расчета и параметрической оптимизации традиционных. и новых структурных вариантов приемных устройств ВОСП телевизионных сигналов, которые, в отличие от известных, позволяют учитывать влияние режима работы активных элементов ПРОМ по постоянному и переменному токам, характер построения входной цепи, глубину противошумовой коррекции, вид модуляции и способ детектирования, параметры оптического тракта, а также

чувствительность зрительного аппарата человека к флуктуанионным помехам.

2. Разработаны пакеты прикладных программ расчета и параметрической оптимизации приемных устройств одноканальных и многоканальных ВОСП ТВ сигналов с различными способами модуляции и разделения каналов и различными вариантами построения линейной и детекторной частей. Это позволяет исключить этап физического моделирования различных вариантов ВОСП ТВ сигналов и ускорить их инженерное проектирование.

Полученные в диссертационной работе новые научно обоснованные результаты представляют теоретический и практический интерес и найдут применение в процессе исследования и проектирования широкого круга волоконно-оптических телевизионных систем, в первую очередь систем кабельного телевидения.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Гринштейн М.Л., Кириллов В.И., Сериков В.И., Ткаченко А.П., 'Гарченко А А., Тарченко Н.В. Система передачи ТВ сигналов по BOJIC с использованием ЧИМ (4M) //Техника кино и телевидения -1984, № 12,-С. 24-26.

2. Гринштейн М.Л., Кириллов В.И., Сериков В.И., Ткаченко А.П., Кабе-шев В.Д. Тарченко A.A., Тарченко Н.В. Система кабельного телевидения с использованием волоконно-оптической линии связи // Техника кино и телевидения. - 1985, № 5.-С. 46-49.

3. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Сравнительный анализ оптоэлектрон-ных приемных устройств телевизионных волоконно-оптических систем передачи // Радиотехника.-1989, № 6. - С. 74-76.

4. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Моделирование волоконно-оптических систем передачи с аналого-импульсными методами модуляции // Радиотехника.-^, № 5 - С, 92-96.

5. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Сравнительный анализ помехозащищенности многоканальных телевизионных ВОСП с частотным разделением каналов // Радиотехника. -1991, № 6,- С. 81-84.

6. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Влияние параметров оптического тракта на характеристики цифровой волоконно-оптической системы передачи // Радиотехника,-1996, № 2. - С. 35-38.

7. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Анализ схем противошумовой коррекции в оптоэлектронных устройствах ТВ систем.//Сб. Радиотехника и электроника. -Мн.: Выш. школа.-1986.-вып.15. - С.47-51.

8 Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Анализ помехозащищенности многоканальных телевизионных ВОСП с ЧМ-ЧРК //Сб. Радиотехника и электроника. -Мн.: Выш. шк„ 1991.-Вын.20.-С. 23-28.

9. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Помехозащищенность телевизионных волоконно-оптических систем передачи с аналоговыми видами моду-ляции//Сб. Радиотехника и электроника. - Мн.: Выш. шк., 1992. -Bbin.21.-C, 72-76.

10. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Собственные шумы регенераторов ВОСП // Кириллов В.И. Проектирование цифровых многоканальных систем передачи: Учеб. пособие. - Мн.: БГУИР, 1998. - С. 56-63.

11. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Сравнительная оценка цифровых и аналого-импульсных методов модуляции при передаче ТВ сигналов по ВОЛС // Развитие и совершенствование телевизионной техники: Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. - Москва, 1984. - М.: "Радио и связь", 1984.-С. 17.

12.Кириллов В.И., Сериков В.В., Тарченко Н.В. Структурная и параметрическая оптимизация телевизионной ВОСП с использованием ЧИМ // Совершенствование средств связи на основе внедрения световоло-конной и микропроцессорной техники: Тез. докл. Всесоюзного науч.-техн. совещ,- Кишинев, 1986,- М.: Радио и связь. 1986. - С.12-13.

1 З.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Влияние нелинейности ватт- амперной характеристики полупроводникового лазера на выбор параметров ВОСП ТВ сигналов // Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки, информации: Тез. докладов III Всесоюзной науч.-техн. конф,-Таллин, 1987. - С.58.

Н.Кириллов В.И.,Тарченко А.А.,Тарченко Н.В. Анализ вариантов приема телевизионных сигналов в многоканальных ВОСП с ЧРК// ВОСП-88: Тез. докл. V Всесоюзной науч.-техн. конф,- М., 1988 - С. 131.

15.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Исследование и оптимизация фотоприемных устройств для многоканальных ВОСП ТВ сигналов// Развитие и совершенствование технических средств в ТВ вещании: Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф.-Минск, 1988. - М.: Радио и связь, 1988.-С. 71-72.

16.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Повышение эффективности фотоприемных устройств световодных систем передачи ТВ сигналов// Систе-

мы кабельного телевидения и их обслуживание: Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф..-М.: Радио и связь, 1989,-С. 171-177.

17.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Помехозащищенность многоканальных ТВ ВОСП с пороговыми методами прнема//Проблемы и перспективы развития современных телевизионных систем: Тез. докл. межотраслевой науч.-техн. конф. -Суздаль, 1990,- М: Радио и связь, 1990,-С. 50-51.

18.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Повышение эффективности приемных устройств многоканальных телевизионных ВОСП// Развитие и совершенствование телевизионной техники: Тез. докл. межотраслевой науч.-пропзв. конф,-Львов, 1990.-С. 128-129.

19.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Многоканальные телевизионные волоконно-оптические системы передачи с аналого-имиульсной модуляцией// Развитие и совершенствование телевизионной техники: Тез. докл. межотраслевой науч.-произв. конф. - Львов, 1991.-С.60-61.

20.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Параметрическая оптимизация аналоговых ВОСП с ЧРК // Современные средства связи: Тез. докл. международной науч.-техн. конф. - Мн., 1995,- С.48-50.

21. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Влияние коэффициента лавинного умножения фотодиода на отношение сигнал/шум ВОСП // Веснис су-вяз!. -1996, № 2. Спец. вып. Респ. науч.-техн. семинар - сессия "Организация и технология средств связи". - С. 14-15.

22.Исследовать пути построения линейного тракта системы КТВ на основе ВОЛС, обеспечивающего передачу абонентам 6 программ ТВ и УКВ ЧМ вещания: Отчет о НИР (промежуточный) / МРТИ; Руководитель работы А.П.Ткаченко; №ГР 018230342889.-Минск,1982,- 95 с.

23.Исследовать пути построения линейного тракта системы КТВ на основе ВОЛС, обеспечивающего передачу абонентам 6 программ ТВ и УКВ ЧМ вещания: Отчет о НИР (промежуточный) / МРТИ; Руководитель работы А.П.Ткаченко; №ГР 018230342889-Минск,1983.-157 с.

24.Исследовать пути построения линейного тракта системы КТВ на основе ВОЛС, обеспечивающего передачу абонентам 6 программ ТВ и УКВ ЧМ вещания: Отчет о НИР (заключительный) / МРТИ; Руководитель работы А.П.Ткаченко; №ГР 018230342889,- Минск,1984,- 76 с.

25.Разработка системы передачи сигналов прикладного телевидения повышенной четкости по волоконно-оптической линии: Отчет о НИР (промежуточный) /МРТИ; Руководитель работы А.П. Ткаченко; № ГР 01850006890,- Минск, 1985. - 86 с.

26.Разработка системы передачи сигналов прикладного телевидения повышенной четкости по волоконно-оптической линии: Отчет о НИР (промежуточный) /МРТИ; Руководитель работы А.П. Ткаченко; № ГР 01850006890. - Минск, 1986. - 117 с.

27.Разработка и исследование методов, систем и устройств передачи и распределения сверхширокополосных телевизионных сигналов по BOJ1C: Отчет о НИР / МРТИ; Руководитель работы А.П. Ткаченко; № ГР 01920008399,- Минск, 1990,- 87 с.

28.Теоретические и экспериментальные исследования ВОСП сигналов ТВ ВЧ вещательного стандарта: Отчет о НИР/ МРТИ; Руководитель работы А.П. Ткаченко; № ГР 01900029238,- Минск, 1990,- 140 с

29.Разработка теоретических основ построения волоконно-оптических сетей телевизионного вещания (ВОС ТВ): Отчет о НИР/ БГУИР; Руководитель работы В.И. Кириллов; №ГР 1995713,-Минск,1996,- 102 с.

30.A.c. 1322505 СССР, МКИ4 Н 04 N 5/04. Оптоэлектронное приемное устройство телевизионных сигналов / Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Заявл. 17.07.85; Опубл. 07.07.87. Бюл. №25. - 4 с.

31.A.c. 1515399 СССР, МКИ4Н 04 N 7/00. Приемное устройство многоканальной телевизионной волоконно-оптической системы передачи с частотным разделением каналов / Кириллов В.И., Тарченко Н.В., Тарченко A.A. - Заявлено 02.06.87; Опубл. 15.10.89. Бюл. № 38,- 5 с.

32.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Расчет защищенности от комбинационных продуктов в оптических модуляторах ТВ систем с 4M и ЧИМ / Минский радиотехн. ин-т. -Минск, 1983,- 23 с. - Деп. в БелНИИНТИ 31.10.83, № 823 Бе-Д83.

33.Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Помехозащищенность телевизионной волоконно-оптической системы передачи с ЧИМ/Минский радиотехн. ин-т.- Минск, 1983.- 33 с. -Деп. в БелНИИНТИ 31.10.83, № 825 Бе-Д83.

19

РЭЗЮМЭ Тарчанка Надзея Уладз1м1рауна

ПАВЕЛ 1ЧЭННЕ ПАМЕХАУСТ0ЙЛ1ВАСЦ1 ПРЫЕМНЫХ УСТРОЙСТВАУ ВАЛАКОННА-АПТЫЧНЫХ С1СТЭМ ПЕРАДАЧЫ ТЭЛЕВ131ЙНЫХ С1ГНАЛАУ

Ключавыя словы: валаконна-аптычная сютэма перадачы, тэле-в1зШны агнал, мадуляцыя, раздзяленне каналау, прыемнае устройства, адносшы с1гнал/шум, аптаэлектронны пераутваральшк, уваходны лан-цуг, прощшумавая карэкцыя.

Аб'ект даследавання: прыемныя устройствы валаконна-аптычных Ыстэм перадачы тэлев1зШных Ыгналау, прадмет даследавання - ¡х споса-бы пабудовы 1 матэматычныя мадэлк

Мзта работы: сштэз и параметрычная аптыкпзацыя прыемных уст-ройствау валаконна-аптычных сютэм перадачы тэлев1зШных Ыгналау з розным! вщам1 мадуляцьп \ раздзялення каналау; распрацоука ¡х матэма-тычных мадэляу.

Метады даследавання: эурыстычны сштэз, параметрычная апты-м1зацыя, тэорыя перадачы Ыгналау, статыстычная тэорыя сувяз!, матэ-матычнае мадэляванне.

Прапанованы новыя структуры прыемных устройствау аднака-нальных 1 шматканальных ВАСП ТВ агналау, як1я забяспечваюць павел1чэнне адносш Ыгнал/шум. Распрацаваны новыя матэматычныя мадэл! прыемных устройствау ВАСП ТВ агналау з розным1 вщам! мадуляцьп, як1я ул1чваюць асабл1васщ зрокавага успрымання, улас-швасщ кампанентау аптычнага тракту [ метады прадскажэнняу, карэкцьп 1 адаптыунага прыему. Распрацаваны методык1 разл1ку 1 пара-метрычнай аптым1зацьп розных варыянтау прыемных устройствау.

Вынш дысертацыйнай работы магчыма выкарыстоуваць пры дас-ледаванш 1 праектаванш шырокага. кола валаконна-аптычных тэле-в1з1йных Ыстэм, у першую чаргу астэм кабельнага тэлебачання.

20

РЕЗЮМЕ Тарченко Надежда Владимировна ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Ключевые слова: волоконно-оптическая система передачи, телевизионный сиг нал, модуляция, разделение каналов, приемное устройство, отношение сигнал/шум, оптоэлектроиный преобразователь, входная цепь, противошумовая коррекция.

Объект исследования: приемные устройства волоконно-оптических систем передачи телевизионных сигналов, предмет исследования - их способы построения и математические модели.

Цель работы: синтез и параметрическая оптимизация приемных устройств волоконно-оптических систем передачи телевизионных сигналов с различными видами модуляции и разделения каналов; разработка их математических моделей.

Методы исследования: эвристический синтез, параметрическая оптимизация, теория передачи сигналов, статистическая теория связи, математическое моделирование.

Предложены новые структуры приемных устройств одноканаль-ных и многоканальных ВОСП ТВ сигналов, обеспечивающие повышение отношения сигнал/шум. Разработаны новые математические модели приемных устройств ВОСП ТВ сигналов с различными видами модуляции, учитывающие особенности зрительного восприятия, свойства компонентов оптического тракта и методы предыскажений, коррекции и адаптивного приема. Разработаны методики расчета и параметрической оптимизации различных вариантов приемных устройств.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы при исследовании и проектировании широкого круга волоконно-оптических телевизионных систем, в первую очередь систем кабельного телевидения.

21

SUMMARY Tarchenko N.V.

INCREASE OF FIBEROPTIC TELEVISION TRANSMISSION SYSTEM RECEIVER'S NOISE IMMUNITY

Key words: fiberoptic transmission system, television (TV), receiver, modulation, channel separation, signal to noise ratio, optoelectronic converter, preamp circuit, noise immunity.

Research object: receivers for fiberoptic TV transmission systems.

Research subject: various methods of the receiver design and their mathematical models.

Aim of the work: synthesis and parameter optimization of the different modulation types fiberoptic TV transmission system receivers.

Research methods: heuristic synthesis, parameter optimization, signal transmission theory, statistical theory of communication, mathematical modelling.

The number of new singlechannel and multichannel fiberoptic TV signals receiver structures are proposed, which allows signal/noise ratio to increase. New mathematical models of different types fiberoptic TV signal receivers are developed. The models are based on eye perception peculiarity, optoelectronic component properties and predistortion methods, correction methods and methods of adaptive receiving. Different variants receiver calculation methods and parameter optimization are elaborated.

Results of the work can be used in research and project works of wide range fiberoptic TV systems and first of all cable TV systems.

Тарченко Надежда Владимировна

ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Специальность 05,12.17 - Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 6.07.98. Формат 60x84 1/16

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,63. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ 437.

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Отпечатано в БГУИР. Лицензия ЛП № 156. 220027, Минск, П.Бровки, б