автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Разработка методов оценки влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов высокоскоростных цифровых систем передачи

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ШЖЦИИ НЕРЕГУЛЯРНОЙ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ НА РЕАЛЬНОМ УЧАСТКЕ РЕГЕНЕРАЦИИ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

1.1. Постановка задачи.

1.2. Усовершенствование модели нерегулярной кабельной линии

1.3. Отклонения передаточной функции кабельной линии, обусловленные стыковыми нерегулярностями

1.4. Отклонения передаточной функции кабельной линии, обусловленные периодическими и случайными нерегулярнос-тями и их взаимодействием между собой.

1.5. Отклонения передаточной функции кабельной линии, обусловленные взаимодействием случайных и периодических нерегулярностей со стыковыми нерегулярностями.

1.6. Экспериментальное исследование коэффициентов отражения от стыковых нерегулярностей

1.7. Выводы.

2. РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПОПУТНОГО ПОТОКА НА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТОВ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЦИШРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Постановка задачи.

2.2. Определение защищенности сигнала от помехи попутного потока на участке регенерации ЦСП в частотной области

2.3. Математическое описание линейного сигнала и передаточной функции корректирующего усилителя.

2.4. Разработка машинного метода определения защищенности сигнала от помехи попутного потока в кабельных линейных трактах ЦСП

2.5. Количественная оценка защищенности сигнала от помехи попутного потока на участке регенерации ЦСП.

2.6. Приближенно-аналитический метод расчета защищенности сигнала от помехи попутного потока.

2.7. Выводы.

3. ВРЕМЕННОЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПОПШОГО ШТОКА НА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ КАБЕЛЬНОГО ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

3.1. Постановка задачи.

3.2. Влияние поцутного штока на искажения импульсных сигналов в кабельных линейных трактах цифровых систем передачи

3.3. Влияние случайных нерегулярностей кабельной линии на искажения имцульсов в цифровых системах передачи.

3.4. Влияние периодических и стыковых нерегулярно стей на искажения импульсов в цифровых системах передачи.

3.5. Выводы.;.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСГОЛЬЗОВАНИЯ КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

4.1. Постановка задачи.

4.2. Оценка требуемой защищенности сигнала от помехи попутного штока в кабельных линейных трактах высокоскоростных цифровых систем передачи.

4.3. Разработка требований к параметрам нерегулярной кабельной линии и рекомендаций по выбору способа кодирования линейного сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя.

4.4. Выводы.

В решениях ХХУ1 съезда КПСС намечено продолжить формирование единой автоматизированной сети связи (ЕАСС) страны на основе новейших систем передачи информации, увеличить протяженность междугородных телефонных каналов в 1,8 раза /I/.

Наряду с использованием аналоговых систем передачи в сеть связи страны внедряются цифровые системы передачи (ЦСП) информации. Цифровые системы связи, включающие в себя ЦСП и цифровые системы коммутации, обладают рядом преимуществ перед аналоговыми системами, важнейшими среди которых являются более высокие помехоустойчивость и стабильность параметров, организация выделения и транзита цифровых сигналов без существенного ухудшения качества их передачи. Кроме того, представление сигналов в цифровой форме является основой для реализации интегральной цифровой сети связи, обеспечивающей передачу и коммутацию сигналов ряда различных служб связи - телефонии, передачи цанных с различными скоростями, сопряжение с ЭВМ.

Успехи в деле создания систем с импульсно-кодовой модуляцией являются основой для научных исследований и разработки систем средней и большой емкости на коаксиальных кабелях. При проектировании 'ДСП центральное место занимает проблема помехоустойчивости цифрового пинейного тракта как важнейшего показателя качества передачи инфор-дации.

В реальных условиях важнейшим фактором, снижающим помехоустойчивость линейного тракта высокоскоростных цифровых систем передачи, твляется воздействие аддитивных и мультипликативных помех.

К аддитивной помехе относится тепловой шум кабельной линии. Под лультипликативной помехой обычно подразумевают любую помеху, являющуюоя результатом нежелательного изменения параметров системы, через которую передается сигнал /15/. Мультипликативная помеха возникает из-за влияния неравномерности амплитудно-частотной (АЧХ) и нелинейности фазо-частотной характеристик линейного тракта.

Неточность коррекции регулярной составляющей АЧХ кабельной линии, наличие цепей дистанционного питания и фильтров защиты от низкочастотных помех и наводок, ограничение сверху полосы пропускания корректирующего усилителя приводят к тому, что каждый информационный импульс на входе решающего устройства регенератора растягивается на большое число тактовых интервалов. Воздействие на информационный импульс соседних и "хвостов" всех предыдущих импульсов проявляется в виде межсимвольной интерференции.

Нерегулярности кабельной линии, которые возникают в процессе производства кабеля, а также прокладки и монтажа кабельной линии, приводят к появлению дополнительной случайной составляющей передаточной функции кабельной линии и увеличивают тем самым мехсимвольную интерференцию. Долю межсимвольной интерференции, обусловленную дополнительной случайной составляющей передаточной функции кабельной линии, называют попутным потоком. Импульсы попутного потока, образованные отражениями полезного сигнала от нерегулярностей кабельной линии, накладываются на последующие информационные импульсы. Поскольку импульсная последовательность случайна, и на каждый информацион-' ный импульс накладываются задние фронты большого числа импульсов попутного потока от предшествующих импульсов, цричем величина каждого из них весьма незначительна, то можно считать, что влияние попутного потока проявляется в виде дополнительного шума, т.е. сводится к эквивалентному уменьшению отношения сигнал/шум (сигнал/помеха) на входе решающего устройства регенератора.

Анализу помехоустойчивости кабельных линейных трактов в условиях межсимвольной интерференции и тепловых шумов посвящен ряд работ /10, 17, 41, 66, 81/. Теоретические исследования при этом были проведены в предположении идеальной регулярности кабельной линии как среды передачи импульсных сигналов. Целый ряд вопросов, таких как анализ влияния попутного потока, обусловленного нерегулярностями вол» нового сопротивления, на помехоустойчивость кабельных линейных трактов, определение требуемой величины защищенности сигнала от помехи попутного потока не исследованы в полном объеме.

Значительное число работ отечественных и зарубежных авторов (Гроднев И.И., Жекулин Л.А., Попов М.Ф., Соколов В.В., Фролов П.А., Шварцман В.О., Штейн В.М., ВаЫоп I, Bouivm 1, hnllourn L., Dic/Uukis И., F/scherT., Fuchs G, Ыеп Ц„ Pelher Y.) содержат фундаментальные исследования параметров передачи нерегулярных кабельных линий, являются основой для решения указанных задач.

Определение параметров передачи коаксиальной кабельной линии в аналитическом виде возможно путем строгого решения электродинамической задачи лишь в предположении ее регулярности по волновому сопротивлению /II, 22, 30/. Аналогичная задача для нерегулярной кабельной линии весьма сложна и не имеет общего решения. В связи с этим широкое распространение получили приближенные методы расчета частотных характеристик нерегулярной ' кабельной линии, предполагающие ее замену эквивалентной моделью. Подробный обзор моделей нерегулярных кабельных линий и методов их исследования содержится в /30/. Выбор конкретной модели зависит от степени нерегулярности кабельной линии, характера распределения нерегулярностей по длине, используемого диапазона частот.

Ряд допущений (к примеру, о частотной независимости коэффициентов отражения стыковых нерегулярностей), используемых в известных работах при исследовании частотных характеристик нерегулярных кабельных линий, ограничивают область применения известных моделей диапазоном аналоговых систем, и, отчасти, низкоскоростных цифровых систем передачи. Поэтому возникает необходимость усовершенствования модели нерегулярной кабельной линии в случае реального цифрового линейного тракта (ЦЛТ).

Сложность задачи исследования, необходимость получения результатов, удовлетворяющих требованию высокой точности при проектировании ДСП, приводят к использованию ЭВМ в процессе исследования нерегулярных кабельных линий, или к машинному подходу. Основными достоинствами машинного подхода являются возможность исследования кабельной линии при произвольных параметрах нерегулярно стей и их распределении, высокая скорость вычислений и точность результатов, многовариантность счета.

Традиционные "ручные" методы анализа нерегулярных кабельных линий, построенные на относительно грубых, так называемых "инженерных приближениях", способны давать лишь ориентировочные результаты и требуют оценки их достоверности с помощью натурных измерений. В диапазоне частот высокоскоростных ДСП такие методы являются неэффективными.

Таким образом, модель нерегулярной кабельной линии должна быть справедливой в диапазоне частот высокоскоростных цифровых систем передачи, пригодной для исследования посредством ЭВМ кабелей различных типов при произвольных параметрах нерегулярно стей и их распределении, обеспечить высокие скорость вычислений и точность результатов, многовариантность счета, что позволит выполнить анализ параметров передачи нерегулярной кабельной линии на качественно новом, автоматизированном уровне. Использование математического моделирования в исследованиях нерегулярной кабельной линии, в значительной мере сокращая область физического моделирования и эксперимента, приводит к экономии материальных и трудовых затрат.

Количественная оценка влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов ДСП возможна на основе метода определения защищенности сигнала от помехи попутного потока.

Методы расчета помехи попутного потока в аналоговых системах передачи и анализ результатов подробно представлены в /22, 23, 50, 67, 79/. Однако, методы, предложенные в данных работах, не пригодны для аналогичных расчетов в цифровых системах передачи, т.к. не учитывают специфических особенностей последних, а именно:

- с одной стороны, сигнал при цифровом способе передачи информации обладает большей помехоустойчивостью по сравнению с аналоговым; с другой стороны, необходимость обеспечения требуемой помехоустойчивости в цифровых линейных трактах предъявляет жесткие требования к величине отношения сигнал/помеха на входе решающего устройства регенератора. Недопустимое снижение отношения сигнал/помеха цриводит к проявлению так называемого порогового эффекта /10, 24, 49/, свойственного цифровому способу передачи, - резкому увеличению вероятности ошибки;

- оценку влияния попутного потока на помехоустойчивость линейных трактов ДСП необходимо производить с учетом типа линейного сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя.

Задачи исследования и проектирования цифровых систем передачи вызвали необходимость развития методов оценки влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов.

До настоящего времени наибольшее развитие приобрел частотный метод исследования помехи попутного потока /12, 31, 34, 40, 51, 63,

67, 69, 77, 79/. Анализ работ, в которых предлагается тот или иной метод расчета помехи попутного потока, указывает на ряд недостатков, присущих им. Так, большинство существующих методов относятся к классу аналитических, т.е. мощность помехи попутного потока выражается аналитически через параметры нерегулярной кабельной линии, линейного сигнала и корректирующего усилителя /12, 31, 34, 40, 63, 67, 79/.

В работах /12, 31, 40/ предложены несложные методы расчета помехи попутного потока. Однако, эти методы не учитывают влияние типа линейного сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя на величину попутного потока.

Отмечая теоретические достоинства работы /77/, сделан вывод о недостаточной практической ценности предлагаемого в ней метода, поскольку в нем не учитывается вид передаточной функции корректирующего усилителя.

Аналогичные недостатки присущи и работе /87/, анализ результатов в которой выполнен применительно к нормализованному коаксиальному кабелю с парами 2,6/9,5 мм для ДСП РСМ-400.

Соотношение между составляющими попутного потока, обусловленными нерегулярностями различного вида, зависит от диапазона частот, используемого конкретной ДСП. Игнорирование этого важного обстоятельства является существенным недостатком ряда работ. Так, основные соотношения в /40/ получены в предположении о преобладании попутного потока, обусловленного полным отражением обратного потока от несогласованности волнового сопротивления кабельной линии и выходного сопротивления регенератора передачи. В /12/ проведены расчеты величины помехи попутного потока для высокоскоростных ДСП с различными тактовыми частотами при условии, что для всех указанных систем "внутренние неоднородности в 2 раза меньше стыковых". Очевидно, что такое допущение является некорректным.

Недостаточно полным представляется анализ помехи попутного потока в работе /69/, в которой не рассмотрены стыковые нерегулярности и несогласованности волнового сопротивления кабельной линии с регенераторами передачи и приема.

Обобщая результаты анализа работ, посвященных расчету помехи попутного потока, можно сделать следующие выводы.

1. Расчеты выполнены на основе аналитического подхода без одновременного учета произвольного характера распределения и величины нерегулярностей коаксиальной кабельной линии, типа линейного сигнала и вида передаточной функции физически реализуемого корректирующего усилителя.

2. Расчеты построены на инженерных приближениях, они дают лишь ориентировочные значения параметров и в результате не удовлетворяют требованию высокой точности, необходимой при проектировании высокоскоростных ЦОД.

Указанные недостатки снижают практическую ценность и ограничивают область применения методов, изложенных в вышеуказанных работах. Таким образом, появилась настоятельная необходимость в разработке частотного метода оцределения защищенности сигнала от помехи попутного потока с учетом различных способов кодирования, формы импульса линейного сигнала, вида передаточной функции корректирующего усилителя при вариации параметров нерегулярной кабельной линии в реальных линейных трактах высокоскоростных ДСП.

Наряду с частотным методом особый интерес приобретают исследования во временной области, поскольку они позволяют непосредственно оценить искажения формы сигнала, возникающие за счет помехи попутного потока.

Временной подход до настоящего времени не получил должного развития, что объясняется следующими причинами:

- отсутствовали экспериментальные исследования временных характеристик нерегулярных кабельных линий;

- сложность вычислительного процесса затрудняла теоретический анализ искажений импульсов на выходе нерегулярной кабельной линии.

Современный уровень развития вычислительной техники и совершенствование импульсных методов исследования кабельных линий создают предпосылки для дальнейшего развития временного подхода к исследованию влияния нерегулярностей на качество передачи импульсных сигналов.

Воцросы анализа защищенности сигнала от помехи попутного потока во временной области в известной автору литературе не рассматривались. Отметим также, что необходимость развития временного метода исследования помехи попутного потока в кабельных линейных трактах вызвана задачами исследования и проектирования ДСП.

Важнейшей задачей при проектировании кабельных линейных трактов ДСП является вопрос оцределения требуемой защищенности сигнала от помехи попутного потока и параметров нерегулярной кабельной линии, которые обеспечивают допустимую вероятность ошибки на участке регенерации. Ее решение возможно на основе оценки помехоустойчивости регенератора в условиях совместного действия межсимвольной интерференции, теплового шума и помехи попутного потока. Примеры решения указанной задачи содержатся в раде работ /12,31, 34, 44/. Однако, допущения, в которых проведен анализ, и недостатки этих работ снижают их практическую ценность, делают результаты весьма приближенными•

Так, в работе /34/, представляющей значительный интерес, проведено нормирование различных видов помех на участке регенерации симметричной кабельной линии. Однако, в части расчетов помехи попутного потока данная работа не свободна от недостатков, указанных ранее, например, аналогичных /12, 31, 40/.

Таким образом, вопрос определения требуемой защищенности сигнала от помехи попутного потока и параметров нерегулярной кабельной линии, которые обеспечивают допустимую вероятность ошибки на участке регенерации высокоскоростных ЦСП, еще не получил окончательного решения.

Учет влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов способствует их оптимальному построению, повышает эффективность проектирования, строительства и эксплуатации кабельных линий высокоскоростных ЦСП. Исходя из вышеизложенного следует признать актуальность исследования влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов высокоскоростных цифровых систем передачи.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является разработка методов оценки влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов ЦСП как в частотной, так и во временной областях и проведение на их основе расчетов защищенности сигнала от этой помехи на участке регенерации реальных ЦСП при различных скоростях передачи информации. На основании полученных результатов необходимо определить требования к параметрам нерегулярной кабельной линии, а также дать рекомендации по выбору линейного сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя, обеспечивающих достаточную защищенность.

Предметом исследования являются вопросы расчета защищенности сигнала от помехи попутного потока на реальном участке регенерации высокоскоростных ЦСП. К основным из этих вопросов отнесены следующие.

1. Усовершенствование математической модели нерегулярной кабельной линии применительно к реальному линейному тракту высокоскоростных ЦСП.

2. Разработка методов оценки защищенности сигнала от помехи попутного потока в кабельных линейных трактах высокоскоростных ЦСП в частотной и временной областях с учетом различных способов кодирования и формы импульса линейного сигнала, вида передаточной функции корректирующего усилителя.

3. Количественная оценка и анализ защищенности сигнала от помехи попутного потока в зависимости от параметров нерегулярной кабельной линии, линейного сигнала и корректирующего усилителя.

4. Экспериментальное определение дополнительной емкости, вносимой стыковыми нерегулярностями коаксиальной кабельной линии.

5. Определение требований к параметрам нерегулярной коаксиальной кабельной линии и выработка практических рекомендаций по выбору величин строительных длин кабеля и их монтажу при прокладке кабельных линий высокоскоростных ЦСП, по выбору линейного сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя.

Структура диссертационной работы определяется методикой анализа влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов ЦСП. В соответствии с основными задачами, которые имеют самостоятельный интерес, диссертация представлена в виде четырех глав. В первой главе проведен анализ влияния нерегулярно стей волнового сопротивления на передаточную функцию кабельной линии реального участка регенерации высокоскоростных ЦСП. Во второй главе на основе результатов исследования отклонений передаточной функции кабельной линии, обусловленных нерегулярно стями волнового сопротивления, для частотной области разработан метод оценки влияния попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов и проведены соответствующие расчеты для высокоскоростных ДСП. В третьей главе аналогичная задача решена для временной области. В четвертой главе на основании полученных результатов определены требования к параметрам нерегулярной кабельной линии; даны рекомендации по выбору линейного сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя.

Методы исследования. Определение вероятности ошибки с учетом различных типов нерегулярностей кабельной линии и типов линейного сигнала и корректирующего усилителя требует знания параметров распределения помехи попутного потока.

Мощность помехи попутного потока на входе решающего устройства регенератора в предположении о ее нормальном распределении определяется численным интегрированием произведения спектра сигнала, квадратов сквозной передаточной функции системы "кабельная линия + корректирующий усилитель" и отклонения передаточной функции кабельной линии, обусловленного нерегулярностями волнового сопротивления, от номинальной.

Передаточная функция реальной кабельной линии получена с помощью преобразования Фурье; импульсная характеристика найдена с помощью аппарата корреляционных функций.

Для случаев, когда некоторые функции, необходимые для расчетов, заданы таблично, разработана программа интерполяции полиномами Лагранжа.

Для оцределения передаточной функции кабельной линии необходимо знание вторичных параметров передачи, расчет которых в широком диапазоне частот произведен с помощью функций Бесселя.

При обработке результатов эксперимента с целью получения аппроксимирующих выражений частотной зависимости вторичных параметров передачи использовано приближение по методу наименьших квадратов.

Таким образом, основу исследования составляет анализ влияния нерегулярностей кабельной линии на помехоустойчивость регенератора в линейном тракте методами теории вероятностей и преобразования Фурье, где необходимые параметры вычисляются интегрированием по методу Симпсона, интерполяцией по методу Лагранжа и аппроксимацией по методу наименьших квадратов.

Все этапы исследования реализованы в виде программ на ЭВМ ЕС-1022.

Применение машинных методов при оценке помехи попутного потока позволяет избежать многих ограничений и проводить расчеты при произвольных параметрах нерегулярностей кабельной линии, длинах участков регенерации и величинах стыкуемых строительных длин, а также способе кодирования, форме импульса и виде передаточной функции корректирующего усилителя.

Программы расчета защищенности сигнала от помехи попутного потока в кабельных линейных трактах ДСП организованы по блочному принципу, что позволяет легко дополнять й расширять методы исследования.

Применение ЭВМ обеспечивает высокие скорость и точность вычислений, возможность проведения расчета большого числа вариантов, и, следовательно, выбор наилучшего варианта построения цифрового линейного тракта. Подобное математическое моделирование значительно удешевляет и ускоряет аппаратурное проектирование, является важным и полезным инструментом исследований.

Научная новизна работы состоит в следующем. Разработаны методы оценки и исследовано влияние попутного потока на помехоустойчивость кабельных линейных трактов высокоскоростных ДСП для частотной и временной областей, особенностью которых является учет различных способов кодирования, формы импульса линейного сигнала, вида передаточной функции корректирующего усилителя /3,

5/. При этом получены формулы, по которым определены для реального участка регенерации ДСП отклонения передаточной функции и импульсной характеристики кабельной линии, обусловленные нерегулярностями волнового сопротивления различного вида и их взаимодействием между собой, от номинальных, которыми обладает кабельная линия идеальной регулярности /5, 7/.

В результате упрощений для частотной области получены аналитические выражения и предложен приближенно-аналитический метод расчетов /5, 7/, который позволил провести детальный анализ величины защищенности сигнала от суммарной помехи попутного потока и ее отдельных составляющих в зависимости от параметров нерегулярной кабельной линии.

Практическая ценность заключается в следующем. Согласно разработанным методам выполнен расчет и проведен количественный анализ защищенности сигнала от помехи попутного потока и ее отдельных составляющих в коаксиальном кабельном линейном тракте для различных частоты передачи, классов кодов, формы импульса линейного сигнала, а также частотных характеристик корректирующего усилителя /5, 7/. Создан комплекс программ, в котором реализуются разработанные методы, что облегчает их применение в процессе расчета и выбора технических параметров высокоскоростных цифровых систем передачи. При этом обеспечиваются высокие скорость вычислений и точность, многовариантность и универсальность расчетов, полнота анализа, необходимые для проектирования ЦСП /5, б, 7/.

Произведено табулирование вспомогательных функций для выполнения расчетов по цриближенно-аналитическому методу в частотной области /5, 7/.

Определены требуемые величины защищенности сигнала от помехи попутного потока исходя из допустимой вероятности ошибки на участок регенерации и даны практические рекомендации по выбору величин строительных длин кабеля и их монтажу при прокладке кабельных линий высокоскоростных ЦСП /3, 4, 5/. Даны рекомендации по выбору способа кодирования сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя (из числа предложенных другими авторами ранее) для использования в кабельных линейных трактах высокоскоростных ЦСП, обеспечивающих достаточную защищенность сигнала от помехи попутного потока /5/.

Приведена методика и результаты экспериментального определения дополнительной емкости, вносимой стыковыми нерегулярностями /2/.

Основные положения, которые выносятся на защиту.

1. Анализ влияния попутного потока на^ помехоустойчивость кабельных линейных трактов высокоскоростных ЦСП проведен согласно разработанным для частотной и временной областей методам, в которых учитываются способ кодирования и форма импульса линейного сигнала, вид передаточной функции физически реализуемого корректирующего усилителя.

2. Оценка влияния попутного потока выполнена на основе усовершенствованной модели нерегулярной кабельной линии, в которой применительно к реальному участку регенерации высокоскоростных ЦСП учитываются наличие нерегулярностей различного вида и их взаимодействие между собой, а также частотная зависимость коэффициентов отражения стыковых нерегулярностей.

3. Основные выводы, полученные в результате количественного анализа: защищенность сигнала от помехи попутного потока в кабельных линейных трактах снижается с повышением тактовой частоты ЦСП, а также при использовании линейного сигнала на многоуровневых кодах по сравнению с квазитроичным сигналом); на величину защищенности сигнала практически не влияют различия формы импульса и энергети-геских спектров кодов, обладающих равным числом уровней; требуемая защищенность сигнала от помехи попутного потока на входе решающего устройства регенератора высокоскоростных ДСП ИКМ-[920 и ШШ-1920x2 обеспечивается цри существующих требованиях к параметрам нерегулярностей, методах монтажа и прокладки кабельных линий без ограничений на способ кодирования и вид передаточной функции корректирующего усилителя (из числа рекомендуемых к практическому применению);

Требуемая защищенность сигнала от помехи попутного потока на входе решающего устройства регенератора высокоскоростных ДСП ЙКМ-7680 и ИКМ-П520 в ряде случаев не обеспечивается, поэтому для каждого конкретного варианта построения линейного тракта необходим строгий количественный анализ защищенности сигнала согласно разработанным методам. На его основе следует определить требования к параметрам нерегулярно стей кабельной линии, условиям ее прокладки и монтажа, выработать рекомендации по применению кода сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя, обеспечивающих достаточную защищенность сигнала.

20

4.4. Выводы.

1. Определены требуемые значения защищенности сигнала от помехи портного потока в коаксиальных кабельных линейных трактах высокоскоростных ЦСП ИКМ-1920, ЖМ-1920x2, ИКМ-7680 и ИКМ-П520.

2. Требуемая защищенность сигнала от помехи попутного потока на входе решающего устройства регенератора высокоскоростных ЦСП ИКМ-1920 и ЙКМ-1920x2 обеспечивается при существующих требованиях к параметрам нерегулярностей, методах монтажа и прокладки кабельных линий без ограничения на способ кодирования и вид передаточной функции корректирующего усилителя из числа рекомендуемых к практическому применению.

3. Требуемая защищенность сигнала от помехи поцутного потока на входе решающего устройства регенератора высокоскоростных ЦСП ЙКМ-7680 и ИШЬ'II520 не обеспечивается в случае применения сигналов с числом уровней, равным 6-7, поэтому для каждого конкретного варианта построения линейного тракта необходим строгий количественный анализ защищенности сигнала согласно разработанным методам. На его основе следует определить требования к параметрам нерегулярной кабельной линии, выработать рекомендации по применению кода сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя, обеспечивающих достаточную защищенность сигнала.

4. Исходя из требуемой защищенности сигнала от помехи портного потока в кабельных линейных трактах ИКМ-7680 и ЙКМ-П520 определены параметры нерегулярной кабельной линии, величины строительных длин кабеля , требования к их монтажу при прокладке кабельных линий высокоскоростных ЦСП.

5. Выработаны рекомендации по выбору способа кодирования сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя (из числа предложенных ранее другими авторами) для практического использования в кабельных линейных трактах высокоскоростных ЦСП, обеспечивающих достаточную защищенность сигнала от помехи поцутного потока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан чаототный метод определения защищенности сигнала от помехи попутного потока, особенностью которого является учет различных способов кодирования и числа уровней линейного сигнала, формы импульса и частотных характеристик корректирующего усилителя. Согласно этому методу проведены расчеты защищенности сигнала на участке регенерации высокоскоростных ЦСП для различных частоты передачи, классов кодов, форм импульса линейного сигнала и вида передаточной функции реального корректирующего усилителя цри вариации параметров нерегулярностей кабельной линии /2, 3, 4/.

Показано, что в диапазоне частот высокоскоростных ЦСП при существующих методах монтажа стыков строительных длин кабеля вещественная составляющая коэффициентов отражения, обусловленная разностью концевых значений модуля волнового сопротивления, не оказывает влияния на величину отклонения передаточной функции кабельной линии.

Установлено, что на величину защищенности сигнала практически не влияют форма импульса линейного сигнала и различие энергетических спектров кодов при равном числе уровней. Использование линейного сигнала на многоуровневых кодах приводит к существенному снижению защищенности по сравнению с квазитроичным сигналом. Получены и сведены в таблицу значения поправок, аппроксимирующие снижение защищенности в зависимости от числа уровней линейного сигнала по сравнению с квазитроичным сигналом.

Произведена оценка точности метода путем сравнения результатов расчета с результатами моделированного эксперимента. Расхождение результатов не превысило 3%.

2. Проведено упрощение разработанного частотного метода для линейного сигнала на квазитроичном коде с прямоугольной формой импульса и сквозной передаточной функции системы "кабельная линия + + корректирующий усилитель" типа канала Найквиста. Получены аналитические' соотношения для защищенности сигнала от суммарной помехи попутного потока и ее различных составляющих в зависимости от параметров нерегулярной кабельной линии /3, 5/. Произведено табулирование вспомогательных функций для упрощения расчетов по разработанному приближенно-аналитическому методу, что позволяет значительно сократить время вычислений и выполнить расчеты без применения ЭВМ. Оценена погрешность приближенно-аналитического метода путем сравнения с результатами расчета по точным формулам, она не превышает 5%,

3. Получены экспериментально значения дополнительной эквивалентной сосредоточенной емкости, вносимой стыками строительных длин кабеля. В результате эксперимента показана необходимость учета частотно-зависимой части коэффициента отражения от стыковых нерегулярностей /2/.

4. Разработан временной метод определения защищенности сигнала от помехи попутного потока, особенностью которого является учет формы импульса, статистической структуры исходной двоичной последовательности в предположении идеальной коррекции номинальной частотной характеристики кабельной линии. Согласно этому методу проведены расчеты величины защищенности сигнала от помехи попутного потока для высокоскоростных ДСП, дано сравнение с результатами аналогичных расчетов по частотному методу /I/.

5. Определены требуемые величины защищенности сигнала от помехи попутного потока исходя из допустимой вероятности ошибки на участок регенерации. Выработаны требования к параметрам нерегулярностей кабельной линии, при которых обеспечивается необходимая защищенность сигнала от помехи попутного потока /3, 5/.

Даны рекомендации по выбору способа кодирования сигнала и вида передаточной функции корректирующего усилителя (из числа предложенных ранее другими авторами) для практического использования в кабельных линейных трактах высокоскоростных ЦСП, обеспечивающих достаточную защищенность сигнала от помехи попутного потока.

6. Разработан комплекс программ, в которых реализуются предложенные методы. Эти программы обеспечивают высокие скорость, точность и многовариантность вычислений, универсальность расчетов и полноту анализа, необходимые для проектирования высокоскоростных ЦСП.

7. Основные положения и результаты диссертационной работы использованы при разработке четверичной ЦСП ИКМ-1920x2. Нашли практическое применение методы определения и результаты расчетов защищенности сигнала от помехи попутного потока с учетом различных способов кодирования и формы импульса линейного сигнала, вида передаточной фукнции корректирующего усилителя при вариации параметров нерегулярно стей кабельной линии; определение требуемой защищенности сигнала от помехи попутного потока и практические рекомендации по выбору величин строительных длин кабеля и их монтажу при прокладке кабельных линий высокоскоростных ЦСП; экспериментальное определение частотной зависимости коэффициентов отражения стыковых нерегуляр-ностей коаксиальных кабельных линий в зависимости от способа монтажа и качества группирования строительных длин. По материалам диссертации совместно с преподавателями кафедры "Линии связи" МЭИС поставлены новая лекция и лабораторная работа.

Внедрение указанных результатов цроизводилось при непосредственном участии автора, имеются соответствующие акты о внедрении.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. -М. Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Абрамов К.К. Моделирование и расчет кабелей связи на ЭШ. -М.: Связь, 1979. 79с.

3. Аккуратова B.C. Характеристики коаксиального кабеля с изгибами. Электротехническая промышленность, сер. Кабельная техника, 1982, вып. 10 (212), с. 3-5.

4. Аккуратова B.C., Маркелов А.П. Расчет параметров передачи коаксиальных кабелей с помощью ЭВМ. Электросвязь, 1983, 16 4, с. 36-39.

5. Аккуратова . B.C., Федулов Б.В. Методика расчета помехи от попутного потока в ВОЛС. Республиканская научно-техническая конференция "Волоконно-оптические линии связи". --Киев, 1982, с. 14.

6. Антонова В.К., Манохин В.А. Расчет импульсных попутных потоков за счет отражений при работе систем ИКМ на коаксиальных кабелях. В сб. "Конструирование и исследование высокочастотных кабелей". М.: Энергия, 1974, с. 17-27.

7. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. -М.: Мир, 1974. 464 с.

8. Былянски П., Ингрем Д.Г. Цифровые системы передачи. Пер. с английского под ред. Визеля A.A. М.: Связь, 1980. - 360 с.

9. Ваганов Р.Б., Матвеев Р.Ф., Мериакри В.В. Многоволновые волноводы со случайными нерегулярноотями. -М.: Сов. радио, 1972. 321 с.

10. Верник С.М., Ежов Ю.М., Курбатов Н.Д. Помехи от конструктивных неоднородно стей коаксиальных кабелей цри системах связи с ИКМ. Труды учебных институтов связи, 1980, с. 50-54.

11. Воронцов A.C., Маркелов А.П. Основные параметры коаксиальных кабелей для широкополосных систем передачи. Электросвязь, 1979, & 4, с. 40-42.

12. Глебович Г.В., Ковалев И.П. Широкополосные линии передачи импульсных сигналов. -М.: Сов. радио, 1973, 223 с.

13. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, ч. I, 1967. - 439 с.

14. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, ч. П, 1967. - 327 с.

15. Гриднев С.А. Расчет вероятности ошибки регенератора в условиях межсимвольной интерференции и аддитивного шума с учетом способа кодирования. Сб. научных трудов ЦНИИС, сер. Многоканальные системы связи, 1981, вып. I, с. 37-50.

16. Гриднев С.А. Исследование влияния способов кодирования на помехоустойчивость регенератора кабельных цифровых систем передачи. Дис. канд. техн. наук. - М., 1981. - 231 с.

17. Гриднев С.А., Гройсман В.Б. Оптимизация корректирующего усилителя численными методами. Электросвязь, 1982, № I, с. 21-25.

18. Гроднев И.И., Дорезюк И.И. Теоретический анализ частотных характеристик кабелей с периодическими нерегулярностями. Труды ВНЙИКП, 1976, вып. 19, с. 35-45.

19. Гроднев И.И., Попов М.Ф. Топологический метод анализа фазо-частотных характеристик коаксиальных кабелей. Труды ВНИИКП, 1976, вып. 19, с. 45-54.

20. Гроднев И.И., Фролов П.А. Коаксиальные кабели связи. М.: Связь, 1974. - 312 с.

21. Гроднев Й.И., Шварцман В.О. Теория направляющих систем связи. М.: Связь, 1978. - 196 с.24. 1уревич В.Э., Лопушнян Б.Г., Рабинович Г.В. Импульсно-кодо-вая модуляция. М.: Связь, 1973. - 355 с.

22. Давыдов Г.Б. Оценка допусков на отклонения частотных характеристик фазы, времени замедления и затухания в каналах связи при передачи импульсных сигналов. Электросвязь, 1966, № 6, с. 10-19.

23. Дмитриев В.Н. Исследование параметров передачи и влияния коаксиальных кабелей в импульсном режиме. Дис. канд. техн. наук. - М., 1982. - 204 с.

24. Дмитриев В.Н., Федулов Б.В. Импульсный метод измерения волнового сопротивления и длины кабелей связи. Электротехническая промышленность, сер. Кабельная техника, 1979, вып. 4 (170), с. 4-5.

25. Дорезюк Н.И., Попов М.Ф. Резонансные отражения в радиочастотных кабелях. Электротехническая промышленность, сер. Кабельная техника, 1971, вып. 84, с. 9-12.

26. Дорезюк Н.И., Попов М.Ф. Оценка однородности радиочастотных кабелей. Электротехническая промышленность, сер. Кабельная техника, 1971, № 7, с. 3-6.

27. Дорезюк Н.И., Попов М.Ф. Радиочастотные кабели высокой регулярности. М.: Связь, 1979. - 104 с.

28. Ежов Ю.М., Иванов B.C., Курбатов Н.Д. Исследование помех в коаксиальных кабелях цри работе ДСП. Электросвязь, 1983, В 4, с . 34-36.

29. Жекулин Л.А. Влияние неоднородностей в коаксиальном кабеле на его параметры. М.: Известия АН СССР, сер. ОТН, 1974, с. 24-37.

30. Калабеков Б.А. Применение ЭВМ в инженерных расчетах в технике связи. М.: Радио и связь, 1981. 224 с.

31. Камалягин В.И., Дым А.Ю. Соотношение между различными видами помех на регенерационном участке симметричного кабеля. Электросвязь, 1979, № 12, с . 1-7.

32. Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник- М.: Радио и связь, 1981. 231 с.

33. Корн Г., Корн ,Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968. - 720 с.

34. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, ч. I, 1969. - 748 с.

35. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, ч. П, 1968. 503 с.

36. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе. М.: Мир, 1977. - 584 с.

37. Манохин В.А. Электрические характеристики микрокоаксиальных кабелей при использовании в системах связи с ИКМ.- «Пдс. канд. техн. наук. Л., 1972. - 130 с.

38. Нижник В.М. Приближенный расчет вероятности ошибки, вызванной межсимвольной интерференцией и шумом. Сб. научныхтрудов ЦНИЙС, сер. Многоканальные системы связи, 1975, вып. 2, с. 26-31.

39. Оганян Л.Н., Панков Л.В. Машинные методы исследования цифровых систем передачи. М.: Связь, I97S. - 144 с.

40. Пашкеев С.Д., Минязов Р.И., Могилевский В.Д. Машинные методы-оптимизации в технике связи. М.: Связь, 1976.- 272 с.

41. Пименов В.М., Дорезюк Н.И., Колесников В.А. Нормирование нерегулярностей в кабелях для систем кабельного телевидения. Электротехническая промышленность, сер. Кабельная техника,1975, вып. I (119), с. 7-10.

42. Поляк Л.М. Вероятностный анализ многоуровневых сигналов.- М.: Связь, 1980. 148 с.

43. Порохов О.Н. Сигналы и коды цифровых систем передачи.- Электросвязь, 1980, № I, с. 33-37.

44. Производство кабелей и проводов. Под ред. Белорусова Н.И. и Пешкова И.Б. М.: Энергоиздат, 1981. - 632 с.

45. Романов В.Д. Цифровые системы многоканальной связи и пути их развития, Итоги науки и техники, сер. Электросвязь, 1977, т. 8, с. 5-49.

46. Системы передачи сообщений. Пре. с англ. под ред. Визе-ля A.A. М.: Связь, 1976. - 519 с.

47. Соколов В. В. Исследование неоднородностей коаксиального кабеля в установившемся режиме. Информационный бюллетень ЦНИИС Министерства связи, № I, 1950, с. 15-23.

48. Спиридонов В.Н. Исследование частотных характеристик кабельных линий с неоднородностями методами теории вероятности. Труды ВНИИКП, 1979, вып. 22, с. 45-57.

49. Троицкий И.Д. Производство кабельных изделий. М.: Высшаяшкола, 1979. 255 о.

50. Френке Л. Теория сигналов. М.: Сов. радио, 1974. - 343 с.

51. Харкевич A.A. Борьба с помехами. М.: Наука, 1965, - 275 с.

52. Цифровые системы передачи. Пер. с польского под ред. Визе-ля A.A. М.: Связь, 1979, - 262 с.

53. Шварцман В.О. Взаимное влияние в кабелях связи. М.: Связь, 1966. - 431 с.

54. Шварцман В.О., Струйкина Н.С. Защищенность цепей симметричных кабелей от попутного потока. Электросвязь, 1963,$ 6, с. 49-56.

55. Шувалов В.А. Пятиуровневый балансный код для кабельных цифровых систем передачи. Электросвязь, 1979, №11, с. 5864.

56. Щитников В.И. О проектировании магистрали цифровой передачи по коаксиальному кабелю. Вопросы радиоэлектроники, сер. ТПС, 1971, вып. 5, с. 33-40.

57. Исследование импульсных характеристик коаксиальных кабелей. Отчет по НИР, гос. регистр. № 80022965 НИС МЭИС, инв.1. Б 883 452. М., 1980.

58. Исследование влияния нерегулярностей волнового сопротивления коаксиальных кабелей на помехоустойчивость линейного тракта цифровых систем передачи. Отчет по НИР, гос. регистр. В 80022965, НИС МЭИС, инв. $ Б 883 453. М.-, 1981.

59. Исследование влияния нерегулярностей волнового сопротивления коаксиальных кабелей в цифровых линейных трактах высокоскоростных ЦСП. Отчет по НИР, гос. регистр. № 80022965, НИС МЭИС, инв. Б 883 454. М., 1982.

60. Badellon R. Relation entre irrégularité d'impédence et distorsion d'affaiblissment des paires coaxiales. Gables et Transmission, v. 23, 1969, ïï? 2, p. 165-177.

61. Bauch. Ii. Planungsaspekte zu einem Ubertragungssystem mit 565 Mbit/s für Koaxialkabel. Frequenz, Bd. 33, 1979, II. 12,1. S. 346-351.0» ♦*

62. Bauch H., Jungmeister H.G., Mohrmann K.H. Übertragung von 565-IvIbit/s-Signalen über Koaxialkabel. ITTZ, Bd. 32, 1979, H. 9, S. 608-611.

63. Benedetto S., De Vincetis G. , Luvison A. Error Probability in the Presence of Intersymbol Interference and Additive Noise for Multilevel Digital Signals, IEEE Trans. on Commun.,v. COLI-21, 1973, ïï.° 3, p. 181-188.

64. Brilloun L. Irregularities in Television Coaxial Cables. Electrical Communication, v. 17, 1938, 2, p. 164-187.

65. Catchpole K.J., ITorman P., Waters D.B. Digital TransmissionTat 565 Libit s over Coaxial Cable. Electrical Communication, v. 54, 1979, I, p. 14-21.

66. Chan D. The Effects of Cable Impedence Irregularities on Baseband Digital Coaxial Systems. IEEE Trans, on Commun.,v. COM-22, 1974, N.® 10, p. 1658-1670.

67. Cormaach G.D. Time-Domain Reflectometer Measurement of Random Discontinuity Effects on Cable Magnitude Res-ponse. IEEE Trans. Instrum. Meas., v. IM-21, 1969, 3, p. 184-188.

68. Didlaukis II., Kaden H. Die inneren Ungleichmässigkeiten von koaxialen Breitbandkabeln. ENT, Bd. 14, 1937, H. I,1. S. 73-79.

69. Ericson T., Johanson U. Digital Transmission over Coaxial

70. Cables. Ericsson Technics, 1971, H.® 4, p. 193-272.

71. Parkas Z.D. Periodic Discontinuities in a Transmission Line. Proc. IEEE, v. 52, 1964, p. 1049-1053.

72. Fischer Th. Über die inneren Ungleichmässigkeiten von Hochfrequenzkabeln und Einfluss auf Resonanzfrequenzen. AEÜ, Bd. 15, 1961, S. 326-330.

73. Puchs G. Reflections in a Coaxial Cable due to Impedance Irregularities. Proc. IEEE, v. 99, 1952, pt IV, p. 121-136.

74. Higashi T., Yamamoto Y., Ueno К. On Equivalent Additional Lumped Constant for Cable Bending and Cable Splice in 2,6/9,5 mm Coaxial Pair Cable. Review of the Electrical Communication Labs., v. 28, 1980, IT.® 11-12, p. 977-986.

75. Johanson U. Reflexion Phenomena in Coaxial Digital Line Links. ~ Ericsson Technics, 1974, IT.® 3, p. 109-183.

76. Julio U., Pabbri В., Sacchi L., Tosco P., Veglio G. An Experimental System for Hybrid Digital Transmission at 140 Mbit/s on Coaxial Cables. IEEE Trans, on Commun., 1976, IT.® 8,p. 881-891.

77. Kaden II. Das RÜckfluss- und Mitflussgeräusch infolge Reflexionen. AEÜ, Bd. 20, 1966, H. 4, S. 195-200.

78. Kojima IT. , Yamamoto Y., Higashi T. Coaxial Pair Cable Transmission Line Quality Evaluation and Construction. Review of the Electrical Communication Labs., v. 28, 1980, N.® 11-12, p. 963-976.

79. Lucky R.ÏÏ., Salz J., Weidon E. Principles of Data Communication. Hew York: Mc Graw-Hill, 1968, p. 433.

80. Olszewski J.A., Lübars H. Structural Return Loss Phenomenon in Coaxial Cables. Proc. IEEE, v. 58, 1970, IT.® 4, p. Ю36

81. Peltier J., Fuchs G. Relation entre L'Affaiblissement de Réflexion et la Régularité des Caractéristiques de transmission paires coaxiales. - Cables et Transmission, v. 26, 1972,1..* I, p. 71-84.

82. Yamamoto Y., ICojima II. Impedance Irregularity Tests in Wideband Coaxial Pair Cable Transmission Lines. Review of the Electrical Communication Labs., v. 28, 1980, 11-12,p. 1025-1038.

83. Yamamoto Y., Kojima H., Higashi T. Echo Interferences in Coaxial Pair Cable Digital Transmission Lines. Review of the Electrical Communication Labs., v. 28, 1980, IT.® 11-12, p. 987-1004.