автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и исследование метода широкополосного доступа по абонентским линиям телефонной сети

На правах рукописи УДК 621.395

Штыркин Виталий Владимирович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА ПО АБОНЕНТСКИМ ЛИНИЯМ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ

Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре теории электрических цепей Московского технического университета связи и информатики.

Защита диссертации состоится « 3 » ноября 2005 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета К219.001.03 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 111024, г. Москва, ул. Авиамоторная, д.8а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Ю.Ф.Урядников

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор А.М.Шлома

кандидат технических наук С.А.Качашкин

Ведущее предприятие:

Центральный научно-исследовательский институт связи (ЦНИИС)

Ученый секретарь

диссертационного совета К219.001.03 кандидат технических наук, доцент

Н.Е.Поборчая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время в России и в мире связь является наиболее динамично развивающейся отраслью. Постоянно возрастают объемы и характер используемой человеком информации. Глобальная сеть Интернет стала частью повседневной жизни многих людей. Это заставляет телекоммуникации стремительно развиваться, чтобы удовлетворять постоянно возрастающие требования к методам передачи, обработки и хранения информации.

Одной из важнейших задач телекоммуникаций сегодня является проблема доступа пользователей к ресурсам информационных сетей. Какими бы фантастическими возможностями не обладала самая современная сеть связи, пользователи не смогут ими воспользоваться, если не будет обеспечен высокоскоростной (широкополосный) доступ к этой сети.

Уже более 15 лет разрабатываются различные технологии проводного широкополосного доступа. Основными критериями, влияющими на внедрение и популярность той или иной технологии, являются такие факторы, как скорость передачи информации, дальность связи и стоимость организации широкополосного доступа.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили технологии широкополосного доступа использующие в качестве среда распространения абонентские линии телефонных сетей, технологии передачи информации по сетям кабельного телевидения, различные технологии широкополосного доступа по волоконно-оптическим кабелям. Динамично развиваются так же различные технологии радиодоступа.

Работа над разработкой новых технологий широкополосного доступа постоянно продолжается, так как постоянно возрастают требования пользователей к характеристикам доступа, увеличивается количество пользователей современных сетей связи.

Большой вклад в разработку методов и технологий широкополосного доступа внесли работы многих отечественных и зарубежных ученых.

Анализ существующих методов проводного широкополосного доступа показал, что наибольшую популярность и распространенность имеют технологии доступа, использующие в качестве среды передачи сигналов существующие проводные линии. Этот факт обуславливается тем, что бурное развитие телекоммуникаций породило устойчивый спрос на широкополосный доступ к современным сетями связи у домашних пользователей. Стоимость организации доступа для такого рода пользователей часто является определяющей, а вторичное использование уже проложенных абонентских линий позволяет сделать широкополосные технологии доступными для многих домашних пользователей.

Наиболее часто используемая технология широкополосного доступа ADSL, входящая в семейство технологи xDSL (Digital Subscriber Line), обладает рядом достоинств, определивших ее частое применение при организации доступа. К основным достоинствам технологии ADSL можно отнести сравнительно высокую скорость передачи информации и возможность работы по аналоговым абонентским линиям телефонных сетей. Но этой технологии присущи не только достоинства, но и недостатки, например, низкая помехоустойчивость к взаимным помехам, существенная деградация скорости передачи информации под действием помех в линии, использование устройств частотной фильтрации и формирования в оконечном оборудовании. Утя и другие недостатки оставляют место для новой, более совершенной технологии широкополосного доступа.

Таким образом, научный поиск и исследования в направлении создания новых методов широкополосного доступа пользователей в слвпеменнме сети передачи

информации является актуальным.

Цель работы

Цель диссертационной работы заключается в разработке метода широкополосного доступа по абонентским линиям телефонной сети на основе использования цифровых сигналов, не требующих использования устройств частотной фильтрации и формирования, метода, реализуемого полностью с помощью цифровых технологий. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные научно-технические задачи:

- разработка и исследование оптимальных сигналов, форма элементов которых определяется переходным процессом в линии связи;

- разработка и исследование цифровой спектральной обработки сигналов на выходе абонентской линии;

- оценка эффективности разработанной технологии сверхширокополосного доступа;

- математическое моделирование разработанной технологии.

Методы исследования

При решении поставленных задач в работе использовались элементы теории электрических цепей и теории электросвязи, теория цифровой обработки сигналов с привлечением методов статистической теории связи, теории спектрального и функционального анализа, элементы теории вероятностей и математической статистики. При проведении количественных расчетов и математического моделирования технологии сверхширокополосного доступа использовался пакет программного обеспечения MathCAD 2001i Professional.

Научная новизна

1. Проведено исследование и сравнение низкочастотной модели абонентской линии и модели резистивно-емкостной длинной линии. Доказана справедливость применения низкочастотной модели линии при проведении расчетов и математического моделирования.

2. Решена задача определения оптимальной формы сигнала на входе линии по критерию максимальной скорости передачи информации при ограничении величины максимальной мощности.

3. Сформулированы основные принципы и разработан алгоритм обобщенной спектральной обработки сигналов.

4. Доказана эффективность обобщенной спектральной обработки при воздействии на цифровой сигнал комплекса помех.

5. Разработаны основные принципы новой технологии передачи информации -технологии сверхширокополосного доступа (ТСД).

6. Получены результаты исследования помехоустойчивости ТСД в сравнении с технологией ADSL.

7. Осуществлено математическое моделирование передачи сообщения с помощью технологии сверхширокополосного доступа по абонентской линии телефонной сети.

Практическая ценность

1. Разработан метод обобщенной спектральной обработки (ОСО) нестационарных сигналов на выходе абонентской линии, позволяющий эффективно бороться с сильными помехами. Применение ОСО позволит значительно повысить помехоустойчивость технологий передачи информации.

2. Разработаны принципы технологии сверхширокополосного доступа, позволяющей осуществлять передачу информации по абонентским линиям телефонной сети с большей, чем позволяют существующие технологии, скоростью.

3. Применение цифровых несущих и цифровой обработки в ТСД исключает необходимость использования устройств частотной фильтрации и формирования

сигналов, что позволяет создать полностью цифровое оборудование для абонентского доступа по проводным линиям.

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы внедрены:

• в НИР «Проведение исследований и инженерно-технических изысканий по определению основных направлений совершенствования комплексов и средств подвижной радиосвязи ведущих государств мира», проводимой НИЛ-48 НИЧ МТУСИ, при исследовании эффективных методов борьбы с сосредоточенными помехами в радиоканале использовались результаты, полученные в диссертации при исследовании алгоритма последовательной спектральной обработки сигнала на выходе линии связи;

• в НИР «Исследование принципов построения нового поколения систем передачи информации по ионосферному каналу в сложных средах с нестационарными параметрами», проводимой НИЛ-48 НИЧ МТУСИ использовались разработанные в диссертации методические подходы к оценке помехоустойчивости передачи сообщений при использовании ортогональных функций в качестве несущих;

• при разработке и отладке процедуры тестирования проводных абонентских линий перед организацией по ним каналов широкополосного доступа в компании «СЦС Совинтел».

Апробация результатов работы

Положения диссертационной работы обсуждались на российских и международных научно-технических конференциях и семинарах:

• научно-техническая конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава, МТУСИ, Москва, 2000 - 2005 гг.;

• международный форум информатизации, конференция «Телекоммуникационные и вычислительные системы», МТУСИ, Москва, 2004 г.;

• научно-техническая конференция «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе», Моск. госуд. открытый университет, Москва-Арзамас, 2004 г.

Публикации

Основное содержание диссертации, а так же результаты теоретических и экспериментальных исследований изложены в 11 печатных работах.

Объем н структура работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста. Список литературы включает 80 ) наименований.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Для организации абонентского доступа в проводной системе передачи в качестве несущих функций могут использоваться цифровые сигналы, форма элементов которых определяется переходным процессом в линии связи.

2. Последовательная обобщенная цифровая обработка в спектральной области принятого цифрового сигнала позволяет эффективно бороться с сильными помехами.

3. Разработанная технология сверхширокополосного доступа на базе использования цифровых несущих функций позволяет передавать информацию по абонентским линиям с большой скоростью.

4. Результаты математического машинного моделирования разработанной технологии сверхширокополосного доступа подтверждают результаты расчетов помехоустойчивости и скорости передачи информации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, охарактеризовано состояние исследуемого вопроса, сформулирована цель работы, определены задачи и методы исследования. Сформулированы научная новизна, практическая значимость результатов работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведена классификация технологий абонентского доступа. В качестве принципа классификации выбрана скорость передачи информации. Показано место технологии сверхширокополосного доступа в этой классификации. Рассмотрены существующие технологии абонентского доступа. Абонентский доступ можно условно разделить на несколько категорий:

- коммутируемое соединение;

- проводная выделенная линия;

- беспроводный доступ;

- волоконно-оптические линии связи;

- другие.

Каждый из перечисленных способов доступа обладает своими техническими особенностями, а также затратами на его организацию.

Показано, что значительное место среди других методов широкополосного доступа занимают проводные технологии. Можно достичь значительной экономии средств на организацию доступа, если использовать существующие, уже проложенные кабели. Среди существующих технологий есть такие, которые обеспечивают передачу информации с высокой скоростью по проводным абонентским линиям, а есть и такие, которые в качестве среды распространения используют распределительную электросеть.

Наибольшее распространение и дальнейшие перспективы развития имеют именно технологии, работающие по телефонным абонентским линиям, ввиду их изначального телекоммуникационного назначения и достаточно широкого распространения.

Среди существующих технологий широкополосного доступа самыми передовыми считаются технологии семейства xDSL. Семейство xDSL состоит из нескольких технологий и постоянно развивается. Самой распространенной технологией, применяемой для организации широкополосного абонентского доступа является технология ADSL. Эта технология использует принцип модуляции DMT (Discrete MultiTone) и позволяет организовать канал передачи данных с асимметричной скоростью до 8 Мбит/с в направлении к пользователю и до 768 Кбит/с в направлении от пользователя на расстояние до нескольких километров. Появилось так же развитие технологии ADSL - технология ADSL2+, которая обеспечивает скорость передачи данных к пользователю до 24 Мбит/с, но дальность связи при этом уменьшается.

Кроме того, в первой главе рассмотрены существующие на сегодняшний день и нашедшие применение методы модуляции. Показано, в каких технологиях применятся тот или иной метод модуляции. Наиболее эффективным и совершенным методом модуляции дня передачи информации по проводным абонентским линиями считается модуляция DMT или ее частный случай OFDM (Orthogonal Frequency Division Modulation). OFDM на сегодняшний день является наиболее эффективным с точки зрения помехоустойчивости и скорости передачи информации методом модуляции, использующим аналоговые несущие. В первой главе приведено краткое описание основных принципов OFDM и DMT.

Важное значение для диссертационной работы имеет анализ характеристик проводных абонентских линий. Проводной абонентской линией телефонной сети называется линия, соединяющая телефонную станцию с абонентской установкой. В первой главе показано из каких участков состоит абонентская линия, какие кабели связи применяются на каждом из них.

Для анализа характеристик абонентских линий использовались существующие нормы, предъявляемые отраслевыми стандартами к кабельным сооружениям телефонной сети, в частности ОСТ 45.82-96 и ОСТ 45.36-97, регламентирующие сопротивление цепи, рабочую емкость, электрическое сопротивление жил изоляции и др. Средняя длина абонентской линии на городской телефонной сети составляет 2,5 км.

На рис. 1 приведена выборка результатов измерений коэффициента затухания абонентских линий московской городской телефонной сети (МГТС). Кривая 1 на рис.1 соответствует усредненной характеристике коэффициента затухания.

Как следует из диаграммы на рис.1, затухание достаточно плавно

увеличиваются с ростом частоты. Из чего можно сделать вывод, что физическая полоса частот в линии, которую можно было бы использовать для передачи информации,

составляет несколько МГц.

В разработке и исследовании технологии

широкополосного доступа о ето «»о 15оо ноо (кГц важное место занимает

Рис. 1. Результаты измерения коэффициента моделирование проводной

затухания абонентских линий МГТС линии. Математическая модель

линии позволит определить форму сигнала на выходе линии при известном сигнале на входе и определить основные параметры широкополосного доступа.

Опираясь на требования отраслевых стандартов, предъявляемых к абонентским линиям телефонной сети, были определены параметры модели абонентской линии. В качестве модели линии была принята двухпроводная линия, на основе определенного типа кабеля. В качестве параметров кабеля были приняты предельные значения электрических характеристик, соответствующих отраслевым стандартам для таких участков абонентских линий.

В качестве модели абонентской линии были рассмотрены две математические модели. В соответствии с первой моделью, проводные абонентские линии можно отнести к резистивно-емкостным однородным длинным линиям. Коэффициент распространения резистивно-емкостной линии определяется следующим выражением

г=а+=ф^ЩДТг+ у • фяДТг,

где со - частота гармонического колебания, и С0 - километрическое

сопротивление и электрическая емкость линии, соответственно. Таким образом, коэффициент ослабления а и коэффициент фазы Р будут равны ^а>ЯаС0 / 2.

Тогда фазовая скорость будет Уф = ю1 /} = ^2(о/Й0С0 . Из этого выражения следует, что проводная линия является дисперсионной линией передачи сигнала, поскольку колебания различных частот распространяются в ней с различными скоростями. Далее была определена передаточная функция проводной линии. Показана взаимосвязь этой модели со второй, низкочастотной моделью линии, передаточная функция которой описывается следующим простым выражением:

где тя = Я,Сп = 12Л^С0, где / - длина линии.

Далее построены частотные характеристики для двух моделей линии, и проведено сравнение этих характеристик для обеих моделей линии. Сравнение частотных

характеристик показало незначительное отличие между двумя моделями в представлении линии. На рис. 2, для примера, построены диаграммы переходной характеристики моделируемой линии, длиной 2 км, для модели длинной линии (кривая 1) и низкочастотной модели (кривая 2). Для оценки соответствия принятой низкочастотной модели линии проведено сравнение АЧХ модели с экспериментальной частотной характеристикой линии.

Проведена оценка погрешности в определении характеристик сигнала, вносимой использованием в расчетах низкочастотной модели. Из результатов этого сравнения сделан вывод, что в рассмотренных моделях сигналы затухают даже немного сильнее, чем в экспериментальной усредненной линии, что для инженерных расчетов считается нормальным.

Во второй главе, посвященной исследованию нестационарных сигналов и разработке технологии сверхширокополосного доступа, изложена методика использования нестационарных сигналов для передачи информации. Нестационарным сигналом будем называть такой сигнал, форма элементов которого определяется переходным процессом в линии связи. Проведено сравнение использования нестационарных сигналов с традиционным подходом, основанным на использовании гармонических несущих.

Известно, что максимальная эффективность канала достигается тогда, когда используемый сигнал наилучшим образом соответствует требованиям, предъявляемым к каналу. Однако полнота этого соответствия часто ограничивается многими причинами теоретического и практического характера. Если в качестве исходного принять условие, что сигнал имеет гармоническую несущую, то проблема выбора сигнала будет сведена к поиску оптимальной модулирующей функции и метода модуляции. Это традиционное рассмотрение в теории сигналов и систем связи (СС). Поэтому подавляющее большинство используемых в СС широкополосных сигналов, т.е. сигналов, полоса частот которых существенно превышает полосу передаваемых сообщений, имеют аналоговую (гармоническую) несущую и дискретную (цифровую) расширяющую последовательность.

Определено понятие коэффициента широкополосности сигнала и канала и их связь с базой сигнала.

Перечислены известные подходы к построению широкополосных систем связи. Первый, традиционный подход основан на расширении спектра сигнала путем модуляции гармонической несущей псевдослучайной последовательностью, длительность периода которой, а значит и база сигнала, будут определяться требованиями скорости передачи информации и выбранным методом передачи. Второй, более современный подход в создании широкополосных СС связан с использованием сверхширокополосных каналов при применении узкополосных сигналов, когда весь диапазон канала делится на «субканалы», которые могут использоваться для передачи информации или одновременно, или поочередно. В таких широкополосных СС коэффициент широкополосности сигнала р составляет доли процента, а коэффициент широкополосности канала Рк может составлять

Рис. 1. Переходная характеристика линии. Модель длинной линии (кривая!) и низкочастотная модель (кривая 2)

величину близкую к единице. Третий, перспективный подход, основан на использовании сверхширокополосных каналов и простых сверхширокополосных сигналов, база которых соответствует минимальному значению. В работе предлагается использовать другой, новый подход в создании сверхширокополосных СС, а именно, использовать сверхширокополосный канал и сложный сверхширокополосный сигнал, на основе цифровых несущих. Таким образом, сверхширокополосными системами связи в работе считаются такие, у которых коэффициенты широкополосности /Зс и Рк, удовлетворяют следующему условию:

А «А* А«

где рф - физический предел широкополосности.

В этом случае основным принципиальным отличием предлагаемой в работе технологии сверхширокополосной связи от известных является использование сложных нестационарных сигналов, в то время как известные методы широкополосной и сверхширокополосной связи используют либо стационарные сигналы, либо простые нестационарные сигналы.

Во второй части главы проведен выбор несущей цифровой последовательности. По многомерному критерию эффективности выбор сделан в пользу функций Уолша. Показаны основные свойства функций Уолша.

Показан вид и структура базиса функций Уолша. Определены модулируемые параметры.

Далее проведено исследование формы элемента несущей. Как известно затухание сигналов в линии неравномерно по частоте, в результате чего форма сигнала на выходе линии значительно искажается по сравнению с формой сигнала на входе линии. Таким образом, было проведено исследование и определена оптимальная форма элемента сигнала на входе линии, обеспечивающая минимизацию энергии сигнала при максимизации пикового значения элемента несущей на выходе линии Такое условие, как известно, приводит к уменьшению длительности элемента сигнала, т.е. к исключению межсимвольных помех и увеличению скорости передачи информации.

Максимальный (пиковый) уровень сигнала, состоящего из последовательности импульсов (цифровой сигнал), на выходе линии определяется качеством обнаружителя и соответствует согласованной передаче, т.е. функционал должен удовлетворять следующему условию

(5„Я,ехр(-р-/(,))=£,0<£:51,

где 5,= 5у(р), Я* = Н(-р); (•,») - скалярное произведение. Энергия элемента цифрового сигнала на входе линии также ограничена. Таким образом, необходимо минимизировать следующий функционал

где 52 = Я}(р) соответствующее преобразование Лапласа сигнала на выходе линии.

Это известная из теории сигналов задача, которая приводит к следующему решению для рассматриваемого случая

'/-г.

/ч 2 ,.

5.(0«-ей

1 Ет

+ 2Я-5Й

Ег г

где тс - длительность элемента цифровой несущей.

На рис. 3 для примера показана форма полученного входного сигнала на базе 13-й функции Уолша (Кривая 1) и форма самой 13-й функции Уолша (Кривая 2).

В третьей части главы описаны основные принципы технологии сверхширокополосного доступа (ТСД). Для повышения скорости передачи информации в

Рис.З. Входной сигнал

ТСД может использоваться квадратурная амплитудная модуляция (KAM) цифровой несущей или спектральное кодирование (CK).

Сохранение ортогональности несущих на выходе линии является важной задачей исследований. Далее в главе показана методика расчета формы сигнала на выходе линии, основанная на использовании временного метода анализа s(t) - '

теории электрических цепей. •/ 2

Определение формы

цифрового сигнала на выходе линии основывается на весовом суммировании

значений переходных

характеристик линии связи. Реализация этой методики на ЭВМ достаточно проста. Проведенный анализ зависимостей показывает, что форма цифровой несущей формируется линией. При этом, форма переходной характеристики линии, длина которой для систем абонентского доступа составляет несколько километров, показывает, что существенные потери ортогональности будут возникать при длительности элемента несущей менее КГ4 с. Однако, решение задачи определения оптимальной формы сигнала показывает, что при использовании на входе линии сигналов, форма которых близка к оптимальной, удастся избежать потерь ортогональности и при значительно меньших значениях длительности элемента несущей. Кроме того, так как ключевой особенностью ТСД является возможность работы по существующим абонентским линиям, необходимо обеспечить освобождение низких частот под первичное использование -аналоговую телефонию. Добиться этого можно путем установки предыскажающего фильтра (в простейшем случае дифференцирующей RC-цепи) на входе линии.

Наличие дифференцирующей цепи на входе линии позволит получить форму сигнала на входе линии близкую к оптимальной, но не полностью ей соответствующую. Так как схемотехническая реализация дифференцирующей цепи значительно проще, чем схемы формирования экспоненциальных кривых элементов сигнала оптимальной формы, было проведено исследование формы сигнала на выходе линии в зависимости от сигнала на входе с целью определения возможности использования дифференцирующей цепи для формирования сигнала на входе, близкого по форме к оптимальному.

Проведено исследование формы сигнала на выходе линии при подаче на ее вход элемента несущего сигнала оптимальной формы и сигнала, сформированного с помощью дифференцирующей цепи.

0 5 ш"' I ш"1 1 i lif t, с

Рис.4. Форма элемента входного сигнала

Рис.З. Форма элемента выходного сигнала

На рис. 4 и рис. 5 показана форма элемента несущего сигнала на входе (рис. 4) и выходе (рис. 5) линии. Кривые 1 соответствуют сигналу, сформированному путем дифференцирования прямоугольного импульса, Кривые 2 соответствуют сигналу оптимальной формы.

Расчет коэффициента отклонения энергии выходного сигнала для различных входных сигналов показал незначительное расхождение, в пределах 1%.

Таким образом, исследование показало, что при формировании линейного сигнала в ТСД целесообразно формировать сигнал путем проведения предварительного дифференцирования. Это позволит, с небольшим отклонением, выполнить условия синтеза элемента сигнала оптимальной формы, а также освободить низкие частоты в линии для первичного использования.

В третьей главе сформулированы основные положения метода обобщенной спектральной обработки, построен алгоритм и описаны математические методы проведения цифровой обработки сигналов. Здесь же проведена классификация помех по их происхождению и воздействию на сигналы в линии, а так же перечислены традиционные методы борьбы с помехами в системах связи. Определены понятия сильных и сосредоточенных помех. Показаны основные моменты представления сигналов переносчиков информации в виде линейной комбинации элементарных сигналов. Показано, что такое представление сигнала можно рассматривать как разложение функций в обобщенный ряд Фурье.

Рассмотрен вопрос об оптимальном по точности базисе для представления ступенчатой выборки нестационарных сигналов.

Доказано, что функции Уолша являются полной системой для ступенчатой выборки. При этом преобразование Уолша-Фурье проводится в соответствии со следующими формулами

2т~{ 7т-\

С{к)= X *{г)т„(Тс,= £ с(к)Шк(Тс,^~).

г*о £ ыо *

Естественно, если сигнал является двоичной числовой последовательностью, то эти формулы обладают достаточной простотой при реализации вычислений на ЭВМ. Оптимальная обработка сигналов в спектральной области по сравнению с обработкой во временной области будет обладать преимуществами в технической реализации только в случае достаточной простоты вычисления спектров. При реализации цифровой спектральной обработки существенный выигрыш в упрощении вычислений будет при использовании алгоритмов быстрых преобразований Уолша-Фурье для случая 2-х уровневого сигнала.

Показано, что спектральная обработка сигналов обладает высокой помехоустойчивостью к действию сильных помех.

Разработан алгоритм обобщенной спектральной обработки (ОСО). Алгоритм ОСО заключается в последовательной обработке смеси сигнала и помех в собственных базисах сигнала и помех. При воздействии на сигнал помех различного рода ОСО включает в себя обработку смеси сигнала и помех последовательно в нескольких базисах, являющихся собственными для помех.

Для исключения возврата во временную область при переходе из спектра в одном базисе функций в базис с другим функциональным пространством были использованы найденные матрицы ядер Фурье, описывающие взаимосвязь различных базисов. Характер взаимосвязи спектров полностью определяется ядрами Фурье, которые являются двумерными функциями 2-х базисных систем:

г

Ф(*,/)= ШкА тШ= \г1 ,(*,/>ь(/,0Л,

о

где г)\{к,1), т)2(1,1) - непрерывные базисы, Г - период базисных функций.

Далее в главе построены диаграммы фрагментов ядер Фурье, описывающих взаимосвязь базисов: базиса функций Уолша - гармонического базиса (Ф\{к,1)) и базиса функций Уолша - базиса импульсных функций {Ф2{к,1)).

«УЗД -

Рис.6 Фрагмент диаграммы ядра Фурье (Базис функций Уолша -Гармонический базис)

Рис. 7. Фрагмент диаграммы ядра Фурье (Базис функций Уолша - Базис импульсных функций)

I Этап обобщенной спектральной обработки

II Этап обобщенной спектральной обработки

Рис 8 Схема алгоритма обобщенной спектральной обработки

В работе приведена схема алгоритма ОСО. Алгоритм ОСО состоит из двух этапов и представляет собой последовательную обработку

сверхширокополосного сигнала в спектральной области в различных базисах.

На первом этапе ОСО смесь сигнала и помех представляется в собственном базисе гармонической помехи. В этом базисе гармоническая помеха

представляется сосредоточенной по спектру. Благодаря этому спектральная составляющая помехи имеет наибольшее значение. Эта составляющая

ограничивается до среднего уровня «сигнал+шум» или обнуляется. Далее осуществляется переход в спектральную область в собственном базисе импульсной помехи. В своем базисе импульсная помеха представляется сосредоточенной по спектру, что дает возможность провести ее ограничение.

На втором этапе ОСО смесь сигнала и помех представляется в собственном базисе полезного сверхширокополосного сигнала, те. в базисе функций Уолша. В базисе функций Уолша выделяется составляющая, соответствующая

передаваемому полезному сигналу.

Остальные составляющие обнуляются Этот этап соответствует согласованной фильтрации. После фильтрации осуществляется переход во временную область и восстанавливается полезный сигнал, очищенный от помех.

В четвертой главе рассматривается оценка помехоустойчивости технологии сверхширокополосного доступа при использовании спектральной обработки сигналов путем проведения анализа эффективности обобщенной спектральной обработки при действии сосредоточенных помех Здесь же осуществляется оценка потенциальной помехоустойчивости ТСД, а также находится оценка помехоустойчивости при использовании квадратурной амплитудной модуляции и спектрального кодирования. Взаимосвязь уровня спектральных составляющих от энергии сигнала и матрицы ядер Фурье определена как

) - после первого этапа ОСО,

при 5(0 = л/^"-7('|.0. П(0 = ^[Щ-71(к1,1).

После второго этапа ОСО получим (/,) = \сю(кх),Ф{1х,кх)\ = д/Я^Ф2(/,,£,). Тогда

Таким образом, чем меньше элемент ядра Фурье Ф(1\,к\), тем больше отношение сигнал-помеха на выходе ОСО.

Показано, что чем широкополоснее сигнал в базисе помехи и чем широкополоснее помеха в базисе сигнала, при условии их узкополосности в собственных базисах, тем выше помехоустойчивость ОСО. Например, если используется сложный сигнал, то он будет узкополосным в собственном базисе - ансамбле используемых сигналов, и любая сосредоточенная помеха в таком базисе будет широкополосной. С другой стороны, сложный сигнал широкополосен в гармоническом базисе, который является собственным для узкополосных помех.

Отношение сигнал-(помехгИпум) на выходе ОСО будет определяться следующим выражением

где параметры Л^ и N1 характеризуют широкополосность сигнала и помехи в соответствующих базисах. Р N

При > 1 и ~ > 1, что характерно для помехозащшценных методов передачи информации при использовании сложных сигналов, находим

Этот результат соответствует идеальной компенсации помехи.

Оценка эффективности алгоритма ОСО проводилась путем построения графической

отношение сигнал-шум на выходе ОСО будет

зависимости отношения

отношения

Р,

N

При Рс= 1, Я„= 10, и величине базы сигнала Вс-—, выбранной в качестве параметра

Дк

(Дс=256 - линия 1; Вс=512 - линия 2; Вс =1024 - линия 3) зависимость показана на рис.9.

(пунктирными линиями показаны

ш,

и>

м1У

I к/ «И"

У

7

/ Х/Х

й-

зависимости дня случая — = 0.01

Р,

при тех же значениях базы сигнала).

Показано, является весьма способом борьбы причем при

Л

Р,

что ОСО эффективным с помехами, увеличении

отношения —- эффективность

обобщенной обработки

алгоритма спектральной Рис.9 возрастает.

Далее в главе проведена

оценка потенциальной помехоустойчивости ТСД. В качестве критерия оценки взято значение вероятности ошибки решающего устройства в оборудовании приема.

Расчет вероятности ошибки проводился по известной формуле для вероятности ошибочного приема в канале с М-биортогональными сигналами:

1

-¿¡¡Я* еХР(

1

-Му

ехр

«1 2

где д

_

отношение сигнал-шум в системе передачи информации;

Е6 - энергия сигнала на бит информации (энергия бита);

N0 - спектральная плотность шума.

В соответствии с этой формулой в последующих разделах главы проведено исследование вероятности ошибки от длины линии. В качестве параметра, при построении зависимости брались различные значения отношения сигнал-шум на входе линии. По известной импульсной характеристике линии легко определить энергию сигнала на выходе линии по формуле свертки:

12

Ес = Вс = Вс ] /*„(; -тсЩт)с1т

О 01.0

Зная энергию сигнала на выходе линии, можно получить значение отношения сигнал-шум на выходе линии и рассчитать вероятность

ошибки Раш.

На рис.10 приведены графические зависимости Рш от длины линии, где в качестве параметра выбрано отношение сигнал-шум на входе линии.

Л.

1,Ю1

Ш 406Е436В 176В

РисЛО

Для удобства выбора энергетической характеристики сигнала на рис.11 приведены зависимости Рш = /(д„), где длина линии (/) выбрана в качестве параметра

Рис.11

Кроме того, найдена зависимость вероятности ошибки от длительности элемента несущей (рис.12). Зависимость построена при заданной длине

моделированной линии (2км).

Полученные графические зависимости позволяют проводить выбор основных характеристик входного

сигнала по параметрам линии. Либо, наоборот, оценивать допустимую длину линии, если параметры сигнала (оборудования передачи) заданы.

Оценка помехоустойчивости ТСД при использовании методов повышения скорости передачи, таких как квадратурная амплитудная модуляция (KAM) и спектральное кодирование, является важной задачей.

При использовании KAM или спектрального кодирования (CK) решающему устройству на приемной рв стороне необходимо

определять не только ( доминирующую позицию спектра в базисе несущих функций, а так же детектировать значение

амплитуд спектральных

составляющих.

Поскольку KAM и CK является линейной

модуляцией, то результат наблюдения при оценке вероятности ошибки представляет собой реализацию Гауссова случайного процесса. Тогда оценка вероятности ошибки будет несмещенной и определятся следующими выражениями

1 ' ^ ^

Рис.12

для CK:

для KAM:

D/2

Р,ш= 1- f

-DU

DI 2

-D/2 ^

гЛлаг,

■ехр

■

л dx

Wl)

хр^-

X

2Л

К /

•¡2яо

-ехр

(

-y dy

Ы)

где D

- минимальное кодовое расстояние;

N0_E6/q

дисперсия оценки; q ■■

N„

отношение сигнал-шум в системе передачи

информации;^- энергия сигнала на бит информации (энергия бита); (Ес-максимальный уровень спектральных составляющих, т.е. максимальная энергия периода несущей функции; а - количество уровней амплитуд несущих; Е0 - энергия сигнала с единичной амплитудой; М - количество используемых несущих функций.

На рис.13 показана зависимость Рощ (q) для случая KAM, где значение основания KAM г взято в качестве д,дБ параметра. При увеличении г кодовое расстояние между сигналами уменьшается, что приводит к уменьшению помехоустойчивости.

Диаграмма зависимости Рж (д) для случая спектрального кодирования приведена на рис.14, где количество используемых в ТСД несущих М взято в качестве параметра. Так как для увеличения М при неизменной длительности элемента несущей тс используются несущие функции Уолша большего номера с большей базой, то это Рис.13 приводит к увеличению

помехоустойчивости передачи. Соотношение скорости передачи информации в ТСД при KAM и CK при равных

r.M.JL

rkmi _ _ 2

значениях М будет

Rr

М

1

= —. Таким образом, при основании KAM г= 2

q, дБ

использование KAM и CK дают одинаковый результат по скорости передачи информации.

P^Ja)

Для сравнения зависимостей Рош(ц) при использовании KAM и CK, на кривых рис. 13 и рис.14 показаны точки, соответствующие вероятности ошибки Рш =10"*. Из диаграмм можно сделать вывод, что использование спектрального кодирования увеличивает

помехоустойчивость передачи на 5 дБ (при Рш = 10"6) по сравнению с KAM при равных скоростях передачи информации и при использовании одинакового

количества несущих М. Рис 14

В пятой главе рассматривается моделирование метода сверхширокополосного доступа. Приводятся результаты экспериментального исследования разработанной технологии сверхширокополосного доступа, включая математическое моделирование в программной среде пакета MathCAD 2001 i Professional абонентской линии, моделирование передачи и обработки (ОСО) сигнала, сравнение передаваемого и принятого сообщений. В данной главе рассмотрено две модели ТСД: - моделирование передачи сигнала, представляющего собой одну несущую функцию Уолша. Эта модель позволяет проиллюстрировать основные принципы ТСД без

применения методов дополнительного повышения скорости передачи информации, таких как KAM цифровой несущей или спектральное кодирование.

- Моделирование ТСД с использованием KAM. В данной модели используется KAM с основанием 10, позволяющая обеспечить одностороннюю передачу информации по моделированной линии длиной 2 км со скоростью 24 Мбит/с. В результате моделирования разработанного метода сверхширокополосного доступа была доказана эффективность использования абонентских линий для передачи информации с высокой скоростью при сохранении качества передачи на фиксированном уровне.

В заключении диссертационной работы приводятся основные выводы по результатам выполненной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показаны основные достоинства использования цифровых несущих по сравнению с аналоговыми.

2. Проведено исследование формы сигнала на входе линии и решена задача синтеза сигнала оптимальной формы, позволяющего максимизировать скорость передачи информации.

3. Разработаны основные принципы технологии сверхширокополосного доступа. Исследованы различные методы повышения скорости передачи информации. Проведена оценка энергетических потерь и потерь ортогональности в линии.

4. Доказано, что применение спектрального анализа сверхширокополосных сигналов в базисе цифровых функций имеет ряд преимуществ по сравнению со спектральным гармоническим анализом. Проведено исследование спектрального представления сигналов в различных базисах и сформулированы принципы обобщенной спектральной обработки.

5. Проведено исследование и разработан алгоритм обобщенной спектральной обработки смеси сигнала и помех.

6. На этапах обобщенной спектральной обработки для преобразования спектра сигнала из одного базиса в пространство с другим базисом были использованы полученные матрицы ядер Фурье, характеризующие взаимосвязь различных базисов.

7. Проведено исследование и получены зависимости, отражающие влияние параметров линии связи и параметров несущего сигнала на помехоустойчивость передачи. Полученные результаты доказывают, что для передачи информации по абонентским линиям могут использоваться цифровые несущие функций Уолша, а необходимое значение сигнал/шум на входе приемного модема может быть легко достигнуто за счет увеличения энергетики сигнала путем расширения его базы. Показано, что длительность элемента сигнала может достигать значений, обеспечивающих высокую скорость передачи информации при заданном уровне помехоустойчивости.

8. Использование технологии сверхширокополосного доступа позволяет применять в линиях сигналы низкого (шумоподобного) уровня, формирование и обработка которых технически проще большинства аналоговых систем, так как свободна от частотной фильтрации.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Урядников Ю.Ф., Штыркин В.В. Технология сверхширокополосного абонентского доступа по проводным линиям // Электросвязь. 2004. №6. с. 27-31.

2. Штыркин В.В., Семенова Т.Н., Сычев А.П., Урядников Ю.Ф. Обобщенная спектральная защита систем связи от сосредоточенных помех // Век качества. 2005. №1. с. 60-61.

3. Штыркин В.В. Широкополосный доступ по абонентским линиям // Труды Московского технического университета связи и информатики. Сборник статей. -Москва, 2004. с. 66-69.

4. Штыркин В.В. Усатюк В.Т. Технология сверхширокополосного абонентского доступа // «Телекоммуникационные и вычислительные системы», Международный форум информатизации. МТУСИ. - Москва, 2004. - Труды конференции, с.213-214.

5. Урядников Ю.Ф., Штыркин В.В. Подавление хаотических импульсных помех в условиях априорной неопределенности // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ. -Москва, 2000. - Тезисы докладов, с. 351.

6. Штыркин В.В. Высокоскоростная передача цифровых сигналов // Седьмая научно-техническая конференция «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе», выездная сессия. Сборник материалов. Моек госуд. открытый университет. Москва-Арзамас, 2004.

7. Штыркин В.В., Урядников Ю.Ф. Анализ алгоритма подавления узкополосных помех в спектральной области // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ. - Москва, 2001. - Тезисы докладов, с. 315.

8. Штыркин В.В., Урядников Ю.Ф. Исследование алгоритма обобщенной спектральной обработки сложных сигналов на входе приемника // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ. - Москва, 2002. - Тезисы докладов, с. 231.

9. Штыркин В.В., Урядников Ю.Ф. Новое решение проблемы «последней мили» // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ. - Москва, 2003. - Тезисы докладов, с. 79-80.

10. Штыркин В.В., Урядников ЮФ. Сверхширокополосный абонентский доступ по проводам // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ. - Москва, 2004. - Тезисы докладов, с.204-205.

11. Штыркин В.В., Урядников Ю.Ф. Синтез сигнала на входе проводной линии для высокоскоростного абонентского доступа // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ. -Москва, 2005. - Тезисы докладов, с. 191-192.

Подписано в печать 23.09.05г. Формат 60x84/16. Объем 1,1 усл.пл.

Тираж 100 экз. Заказ 233 ._

ООО «Инсвязьиздат». Москва, ул. Авиамоторная, 8.

№18 139

РЫБ Русский фонд

2006-4 16790

Введение.

Глава 1. Обзор методов широкополосного доступа и анализ характеристик абонентских линий.

1.1 Классификация технологий доступа.

1.2 Обзор существующих технологий широкополосного доступа.

1.2.1 Технологии семейства xDSL.

1.2.2 Технология HomePNA.

1.2.3. Кабельные модемы.

1.2.4. Передача данных по сети электропитания.

1.3 Анализ характеристики проводных абонентских линий.

1.4 Разработка модели абонентской линии.

1.5 Выводы.

Глава 2. Исследование нестационарных сигналов и разработка технологии сверхширокополосного доступа.

2.1 Принципы использования нестационарных сигналов для передачи информации.

2.2 Определение несущей последовательности.

2.3 Разработка основных принципов технологии сверхширокополосного доступа.

2.4 Выводы.

Глава 3. Разработка и исследование метода обобщенной спектральной обработки сверхширокополосных сигналов.

3.1 Основные принципы обобщенной спектральной обработки.

3.2 Алгоритм обобщенной спектральной обработки.

3.3 Выводы.

Глава 4. Оценка помехоустойчивости сверхширокополосного доступа при использовании спектральной обработки сигналов.

4.1 Функциональная схема системы связи.

4.2 Анализ эффективности обобщенной спектральной обработки при действии сосредоточенных помех

4.3 Оценка потенциальной помехоустойчивости технологии сверхширокополосного доступа.

4.3.1 Зависимость вероятности ошибки от длины линии.

4.3.2 Зависимость вероятности ошибки от длительности элемента цифровой несущей.

4.4 Оценка помехоустойчивости технологии при использовании квадратурной амплитудной модуляции цифровой несущей и спектрального кодирования.

4.5 Выводы.

Глава 5. Моделирование метода сверхширокополосного доступа.

5.1 Моделирование передачи сигнала.

5.2 Моделирование технологии сверхширокополосного доступа с использованием квадратурной амплитудной модуляции цифровой несущей.

5.3 Выводы.

В настоящее время в России и в мире в целом связь является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей. Информация занимает все большее и большее место в жизни людей. Постоянно возрастают объемы, вид и характер используемой человеком информации. Глобальная сеть Интернет заняла надежное место и стала частью повседневной в жизни многих людей. Это заставляет телекоммуникации стремительно развиваться, чтобы удовлетворять постоянно возрастающие требования к методам передачи, обработки и хранения информации.

Одной из важнейших задач телекоммуникаций сегодня является проблема доступа пользователей к ресурсам информационных сетей. Какими бы фантастическими возможностями не обладала самая современная сеть связи, пользователи не смогут ими воспользоваться, если не будет обеспечен широкополосный доступ к этой сети.

Уже более 15 лет разрабатываются различные технологии широкополосного доступа. Основными критериями, влияющими на внедрение и популярность той или иной технологии, являются такие факторы как скорость передачи информации, дальность связи и стоимость организации широкополосного доступа.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили технологии широкополосного доступа, такие как технологии семейства xDSL (Digital Subscriber Line), использующие в качестве среды распространения абонентские линии телефонных сетей, технологии передачи информации по сетям кабельного телевидения, различные технологии широкополосного доступа по волоконно-оптическим кабелям. Динамично развиваются так же различные технологии радиодоступа.

Работа над разработкой новых технологий широкополосного доступа постоянно продолжается, так как постоянно возрастают требования пользователей к характеристикам доступа, увеличивается количество пользователей современных сетей связи.

Анализ существующих методов проводного широкополосного доступа показал, что наибольшую популярность и распространенность имеют технологии доступа, использующие в качестве среды передачи сигналов существующие проводные линии. Этот факт обуславливается тем, что бурное развитие телекоммуникаций породило устойчивый спрос на широкополосный доступ к современным сетями связи у домашних пользователей. Стоимость организации доступа для такого рода пользователей часто является определяющий, а вторичное использование уже проложенных абонентских линий позволяет сделать широкополосный доступ доступным для многих домашних пользователей.

Наиболее часто используемая технология широкополосного доступа ADSL, входящая в семейство технологи xDSL, обладает рядом достоинств, определивших ее частое применение при организации доступа. К основным достоинствам технологии ADSL можно отнести сравнительно высокую скорость передачи информации и возможность работы по аналоговым абонентским линиям телефонных сетей. Но этой технологии присущи не только достоинства, но и недостатки, например, низкая помехоустойчивость к взаимным помехам, существенная деградация скорости передачи информации под действием помех в линии, использование устройств частотной фильтрации и формирования в оконечном оборудовании. Эти и другие недостатки оставляют место для новой, более совершенной технологии широкополосного доступа.

Цель диссертационной работы заключается в разработке метода широкополосного доступа по абонентским линиям телефонной сети на основе использования цифровых сигналов, не требующих использования устройств частотной фильтрации и формирования, метода, реализуемого полностью с помощью цифровых технологий.

В диссертационной работе поставлены следующие задачи исследований:

- В условии научно-технической задачи считаются заданными общие параметры и характеристики абонентских линий телефонной сети.

- В абонентской линии действует комплекс мощных помех, включая импульсные, узкополосные, переходные на фоне аддитивного нормального белого шума.

- Скорость передачи информации должна быть соизмерима или превосходить известные технологии абонентского доступа.

- Качество передачи информации должно соответствовать требованиям соответствующих стандартов.

- Пиковая мощность используемых сигналов должна быть ограничена традиционно применяемыми источниками электропитания.

- Используемые сигналы не должны содержать аналоговой несущей, т.е. не предполагается наличие устройств частотной фильтрации и формирования.

Требуется разработать и исследовать метод (технологию) широкополосного доступа по абонентским линиям телефонной сети, включающий разработку и исследование оптимальных сигналов, разработку и исследование цифровой спектральной обработки сигналов, оценку эффективности и математическое моделирование разработанной технологии.

При решении поставленных задач в работе использовались элементы теории электрических цепей и теории электросвязи, теория цифровой обработки сигналов с привлечением методов статистической теории связи, теории спектрального и функционального анализа, элементы теории вероятностей и математической статистики. При проведении количественных расчетов и математического моделирования технологии сверхширокополосного доступа использовался пакет программного обеспечения MathCAD 200 li Professional.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- Проведено исследование и сравнение низкочастотной модели абонентской линии и модели резистивно-емкостной длинной линии. Доказана справедливость применения низкочастотной модели линии при проведении расчетов и математического моделирования.

- Решена задача определения оптимальной формы сигнала на входе линии по критерию максимальной скорости передачи информации при ограничении величины максимальной мощности.

- Сформулированы основные принципы и разработан алгоритм обобщенной спектральной обработки сигналов.

- Проведено исследование эффективности обобщенной спектральной при воздействии на нестационарный сигнал комплекса помех.

- Разработаны основные принципы новой технологии передачи информации - технологии сверхширокополосного доступа (ТСД).

- Получены результаты исследования помехоустойчивости ТСД в сравнении с технологией ADSL.

- Осуществлено математическое моделирование передачи сообщения с помощью технологии сверхширокополосного доступа по абонентской линии телефонной сети.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- Разработан метод обобщенной спектральной обработки (ОСО) нестационарных сигналов на выходе абонентской линии, позволяющий эффективно бороться с сильными помехами. Применение ОСО позволяет значительно повысить помехоустойчивость технологий передачи информации.

- Разработаны принципы технологии сверхширокополосного доступа, позволяющей осуществлять передачу информации по абонентским линиям телефонной сети с большей, чем позволяют существующие технологии, скоростью.

- Применение цифровых несущих и цифровой обработки в ТСД исключает необходимость использования устройств частотной фильтрации и формирования сигналов, что позволяет создать полностью цифровое оборудование для абонентского доступа по проводным линиям.

На защиту выносятся следующие положения:

- Для организации абонентского доступа в проводной системе передачи в качестве несущих функций могут использоваться цифровые сигналы, форма элементов которых определяется переходным процессом в линии связи.

- Последовательная обобщенная цифровая обработка в спектральной области принятого цифрового сигнала позволяет эффективно бороться с сильными помехами.

- Разработанная технология сверхширокополосного доступа на базе использования цифровых несущих функций позволяет передавать информацию по абонентским линиям с большой скоростью.

- Результаты математического машинного моделирования разработанной технологии сверхширокополосного доступа подтверждают результаты расчетов помехоустойчивости и скорости передачи информации.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Проведено исследование характеристик проводной абонентской линии, в соответствии с результатами которого были разработаны две математические модели, описывающие влияние линии на сигнал.

2. Показаны основные достоинства использования цифровых несущих по сравнению с аналоговыми. Доказано, что модулируемые параметры функций Уолша позволяют использовать их для многоканальной передачи.

3. Решена задача синтеза оптимальной формы элемента сигнала, позволяющего максимизировать скорость передачи информации. Проведено исследование формы сигнала на входе линии при различных значениях параметров линии. Найдено решение для упрощения формирования сигнала на входе линии путем проведения предварительного дифференцирования сигнала.

4. Разработаны основные принципы работы технологии сверхширокополосного доступа. Найден практический метод формирования сигнала на входе линии, для удовлетворения условий задачи синтеза сигнала. Проведена оценка энергетических потерь и потерь ортогональности в линии при использовании ортогональных цифровых несущих на входе.

5. Доказано, что применение спектрального анализа сверхширокополосных сигналов в базисе цифровых функций имеет ряд преимуществ по сравнению со спектральным гармоническим анализом. Обобщены существующие методы борьбы с сосредоточенными помехами, проведено исследование спектрального представления сигналов в различных базисах и сформулированы принципы обобщенной спектральной обработки. Определены базисные пространства, спектральная обработка смеси сигнала и помех в которых позволяет проводить оптимальное ограничение помех.

6. Проведено исследование и разработан алгоритм обобщенной спектральной обработки смеси сигнала и помех. Доказано, что последний этап обобщенной спектральной обработки соответствует оптимальной фильтрации сигнала.

7. На этапах обобщенной спектральной обработки для преобразования спектра сигнала из одного базиса в пространство с другим базисом были использованы полученные матрицы ядер Фурье, характеризующие взаимосвязь различных базисов

8. Проведено исследование и получены зависимости, отражающие влияние параметров линии связи и параметров несущего сигнала на помехоустойчивость передачи. Полученные результаты доказывают, что для передачи информации по абонентским линиям могут использоваться цифровые несущие функций Уолша, а необходимое значение сигнал/шум на входе приемного модема может быть легко достигнуто за счет увеличения энергетики сигнала путем расширения его базы. Показано, что значение длительности элемента сигнала может достигать достаточно малых значений при соблюдении необходимого уровня помехоустойчивости, что позволит обеспечить высокую скорость передачи информации.

9. Доказана эффективность использования абонентских линий для передачи информации с высокой скоростью при сохранении качества передачи на фиксированном уровне. Использование технологии сверхширокополосного доступа позволяет применять в линиях сигналы низкого (шумоподобного) уровня. Формирование и обработка таких сигналов технически проще большинства аналоговых систем, основанных на использовании аналого-цифровых сигналов, так как свободна от частотной фильтрации.

Заключение

1. Аджемов С.С. Метод оценки параметра задержки для широкополосных систем связи с временным разделением. Метрология и измерительная техника в связи, №1, 1998, с. 27-28.

2. Аджемов С.С., Бокк Г.О. Алгоритм дискретной фильтрации, устойчивый к загрязнениям в канале измерений и импульсным всплескам производящего процесса уравнений движений. — LIV научная сессия, посвященная дню Радио. Тезисы докладов. М.: 1999 г., с. 270-272.

3. Аджемов С.С., Бокк Г.О., Дорохин В.И., Миненко П.В. Модифицированный метод дискретной спектральной обработки для «сверхточной» оценки частоты сигналов цифровой связи. — LVII научная сессия, посвященная дню Радио. Тезисы докладов. М.: 2002.

4. Аджемов С.С., Кузьмин Г.В., Смердова Н.Е., Шлома A.M. Методы нелинейной адаптивной фильтрации радиосигналов в спутниковых системах передачи информации. — Радиотехника, Журнал в журнале, 1996, с. 45-47.

5. Бабаков И.Ю. и др. Системы связи с кодовым разделением каналов.- СП.: 1999.-120с.

6. Бадалов А.П., Михайлов А.С. Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС. М.: Радио и связь, 1990. 384с.

7. Бахтияров Г.Д. Цифровая обработка сигналов: проблемы и основные направления повышения эффективности. — Зарубежная радиоэлектроника, 1984, №12,с.48-66.

8. Бебих Н.В., Денисов A.M. Взаимная спектрально-корреляционная обработка сигналов в различных ортогональных базисах, Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника, 1983, №3, с. 3-7.

9. Борисов В.И. и др. Помехозащищённость систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. — М.: Радио и связь, 2000, 384с.

10. Ю.Брюханов Ю.А., Приоров АЛ. Цифровые фильтры: Учеб. пособие. Яросл. гос. ун-т, 2002, 288 с.

11. П.Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и линейной модуляции. Пер. с англ. — М.: Сов. Радио, 1972. — 744с.

12. Варакин JI.E. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. -364 с.

13. Гальперович Д.Я. Горизонтальная проводка для Gigabit Ethernet. Технологии и средства связи. — 2000. №5.

14. Голубов Б.И., Ефимов А.В., Скворцов В.А. Ряды и преобразования Уолша: Теория и применение. М.: Наука, 1987. -344с.

15. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971. - 1108с.

16. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.М.: АОЗТ «Эко-Трендз КО». 1996,196с.

17. Диксон Р.К. Широкополосные системы.: Пер. с англ. — М.: Связь, 1979. -304с.

18. Дядюнов Н.Г., Сенин А.И. ортогональные и квазиортогональные сигналы. — М.: Связь, 1977. 224с.

19. Ипатов В.П., Камалетдинов Б.Ж. и др. Дискретные последовательности с хорошими корреляционными свойствами. Зар. радиоэлектроника. -1989.-№9.-С.З-13.

20. Краснов В. Мистер икс медных линий. Технологии xDSL. Электроника. 2000. - №2.

21. Кей С.М., Марпл C.JI. Современные методы спектрального анализа. ТИИЭР.-1981 .-Т.69, № 11 .-с.5-51.

22. Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.: Пер. с англ. Под ред. И.Г. Арамановича. М.: Наука, 1968. - 720с.

23. Куликов Е.Н., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех. М.: Сов. радио. 1978, 296с.

24. Лосев В.В. Дискретные сигналы на основе функций Уолша для многоканальной системы передачи информации. — Радиотехника и электроника, 1979, т.24, №11. с. 22-25.

25. Милстайн Л.Б. Методы подавления помех в системах радиосвязи с широкополосными сигналами. ТИИЭР. -1988. -Т.76, №6. -с. 19-36.

26. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. М.: Воениздат, 1989. -350с.

27. Парфенов Ю.А., Кайзер Л.И., Чернова О.Н. Отбор цепей в кабельных линиях для xDSL. Вестник связи. — 2003 №8.31 .Парфенов Ю.А., Рысин Л.Г. Медные кабели для городских телефонных сетей. Вестник связи. 2002 - №1.

28. Пахомов С. Технология HomePNA. Компьютер пресс. — 2002. №1.

29. Попов.В.П. Основы теории цепей. М: Высшая школа, 2000. — 576с.

30. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ., ред. Д.Д. Кловский. М.: Радио и связь, 2000. - 797 с.

31. Рао С.Р. Линейные статистические методы и их применения. — М.: Наука, 1968.-548с.

32. Сарвате Д.В., Персли М.Б. Взаимнокорреляционные свойства псевдослучайных и родственных последовательностей. ТИИЭР. -1990. -Т.68, №5.

33. Семенова Т.Н., Сычев А.П., Урядников Ю.Ф., Штыркин В.В. Обобщенная спектральная защита систем связи от сосредоточенных помех. Век качества. 2005. №1. с. 60-61.

34. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд 2. пер. с англ. Под общей ред. А.В. Назаренко. 2003. -344с.

35. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Радио и связь. 1982. - 624с.

36. Трахтман A.M. Введение в обобщенную спектральную теорию сигналов. М.: Сов. Радио, 1972. 352с.

37. Тузов Г.И., Сивов В.А., Урядников Ю.Ф.и др. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. М.: Радио и связь, 1985.-264 с.

38. Тузов Г.И., Урядников Ю.Ф.и др. Оптимизация сигналов Уолша для быстрой синхронизации приемника. Радиотехника и электроника. -1983.-№8. с.1927-1932.

39. Тузов Г.И., Урядников Ю.Ф. и др. Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации. -М.: Радио и связь, -1993. -384 с.

40. Тузов Г.И., Сулиманов А.А. Помехоустойчивость при квантовании по уровню сигнала, помехи и гауссовского шума. Радиотехника и электроника 1983.-Т.28, №5 .-с.915-921.

41. Тепляков И.М. Помехозащищенность радиолиний с широкополосными сигналами. Радиотехника, 1982, №12 - с.36-41.

42. Урядников Ю.Ф., Стукалин А.Г. Помехоустойчивость передачи сообщений с помощью сигналов Уолша. — Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника, 1983, т.26, №7.- с. 12-17.

43. Урядников Ю.Ф., Гаврилов М.И. Помехоустойчивость квазиоптимального приема сигналов Уолша. Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника, 1985, №11.- с.31-34.

44. Урядников Ю.Ф. Спектральные методы обработки сложных сигналов. Спецтехника СС. Сер. Тех. Ср. PC, вып.1. 1990, №12. - с.86-93.

45. Урядников Ю.Ф. Помехоустойчивость обобщенной спектральной обработки сигналов. Радиоэлектроника, -1990, №12, -с.86-93.

46. Урядников Ю.Ф., Гаврилов М.И. Модель цифровых сигналов на выходе земного радиоканала. Радиотехника. -1991. №2. -с.32-37.

47. Урядников Ю.Ф., Семенова Т.Н. и др. Учебное пособие "Теория электрических цепей. Часть II"— М., МТУ СИ., 2000, с. 66.

48. Урядников Ю.Ф., Штыркин В.В. Технология сверхширокополосного абонентского доступа по проводным линиям. Электросвязь, 2004, №6, с. 27-31.

49. Фомин А.Ф. Помехоустойчивость систем передачи непрерывных сообщений. М.: Сов. радио, 1975. — 352с.

50. Фомин А.Ф., Ваванов Ю.В. Помехоустойчивость систем железнодорожной радиосвязи.- М.: Транспорт, 1987.- 295с.

51. Френке JL Теория сигналов. Пер. с англ. — М.: Сов. радио, 1974. — 344с.

52. Хармут Х.Ф. Передача информации ортогональными функциями. Пер. с англ. Дядюнова Н.Г. и Сенина А.И. М.: Связь. 1975. - 272 с.

53. Хармут Х.Ф. Теория секвентного анализа. Пер. с англ. под ред. Мальцева А.П.- М.: Мир, 1980. 574с.

54. Хармут Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи. М.: Радио и связь, 1985, 365 с.

55. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. М.: Техносфера, 2004. 168с.

56. Шлома A.M. Обнаружение импульсных сигналов на фоне нормальных помех с неизвестными корреляционными свойствами. Радиотехника. - 1977. - Т.32. - № 7. - с. 3-9.

57. ОСТ 45.82-96. Сеть телефонная городская. Линии абонентские кабельные с металлическими жилами. Нормы эксплуатационные.бб.ОСТ 45.83-96. Сеть телефонная сельская. Линии абонентские кабельные с металлическими жилами. Нормы эксплуатационные

58. Результаты тестирования частотных характеристик абонентских линий телефонных сетей. Голден Телеком.

59. Alamouti S.M., "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications," IEEE Journal Selected Areas on Communications, vol. 16, pp. 1451-1458, Oct. 1998.

60. Bird J.S., Felstead E.B. Antijam performance of fast frequency-hopped Mary NCFSK-an Antijam performance of fast frequency-hopped M-ary NCFSK-an Radiowave Propagation. McGraw Yill, NY,USA,1987.

61. Boutros J., Yubero M., Converting the Rayleigh fading channel into a Gaussian channel, Mediterranean Workshop on Coding and Information Integrity, Palma, Feb. 1996.

62. Boutros J., Viterbo E., Signal Space Diversity: a power and bandwidth efficient diversity technique for the Rayleigh fading channel, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, n. 4, pp. 1453-1467, July 1998.

63. Carne E. Telecommunications Primer: Signal, Building Blocks and Networks. Prentice-Hall PTR., 1996.

64. Cohen J.D. Hight bandwidth triple product processor using a shearing interferometer. Applied Optics. -1985. -Vol.24, №19. pp.3173 - 3178.

65. Damen M.O., Joint Coding/Decoding in a Multiple Access System, Application to Mobile Communications. 1999.

66. Damen M.O., Abed-Meraim K., IEEE, J.-C. Belfiore, Diagonal Algebraic Space-Time Block Codes, IEEE. 2002.

67. Feher K. Wireless Digital Communicftions. Modulation and Spread Spectrum Apllications. Prentice-Hall PTR. TK5103.2F44, 1995.

68. Hochwald B.M. and Marzetta T.L., "Unitary space-time modulation for multiple-antenna communi-cation in Rayleigh flat-fading," IEEE Trans. Info. Theory, vol. 46, no. 2, pp. 543-564, Mar. 2000.

69. Foschini G.J. Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multiple antennas, Bell Laboratories Technical Journal, vol. 1, no. 2, pp. 41-59, ENST, 1996.

70. Marzetta T.L.and Hochwald B.M., Capacity of a mobile multiple-antenna communication link in Rayleigh flat fading, IEEE Trans. Info. Theory, vol. 45, pp. 139-157, 1999.

71. Nee R., Prasad R. OFDM wireless multimedia communications, Artech House universal personal communications library, 1999.