Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время во всех развитых странах мира
принята концепция развития средств связи на базе цифровой сети интегрального
обслуживания (Integrated Service Digital Network ISDN). При переходе от аналоговых
сетей связи к цифровым и далее к ISDN возникает целый ряд проблем, одной из которых
является создание системы тактовой синхронизации единой для систем передачи и
систем коммутации цифровой сети. Функциями тактовой синхронизации сети являются
поддержание соответствующих частотных и фазовых соотношений между
комбинациями тактовых генераторов узлов и устранение различных
дестабилизирующих факторов, таких как фазовые дрожания (jitter), дрейф фазы (wander), проскальзывания (slips), отклонения частоты (drifts) и др. Перечисленные выше функции выполняются сетью синхронизации (СС), состоящей из генераторов узлов коммутации и каналов связи. Качество функционирования цифровой сети в большой степени определяется качеством ее сети синхронизации.
Согласно основным рекомендациям ITU-T (International Telecommunication Union -Telecommunication Standardization Sector) G.810-824, для синхронизации используют первичные цифровые сигналы (2048/1544 Кб/с) или сигналы с несущими 2048/1544 кГц. Рекомендована иерархическая организация сети синхронизации по методу ведущий-ведомый (master-slave) с первичным эталонным генератором на самом верхнем уровне и ведомыми генераторами (ведомыми часами) на более низких уровнях. К качеству синхронизации предъявляются жесткие требования, выраженные в стандартных масках по специальным интегральным критериям.
Исследованию отдельных устройств синхронизации, в качестве которых используются фазовые автоподстройки частоты (ФАПЧ), посвящено множество работ отечественных и зарубежных авторов (В.И.Тихонов, Г.И.Тузов, В.А.Левин, М.Р.Капланов, В.В.Шахгильдян, А.И.Каяцкас, Л.С.Левин, Л.Н.Щелованов, В.П.Панкратов, W.C.Lindsay, F.M.Gardner, C.M.Chie, M.K.Simon). По сетям синхронизации опубликовано значительно меньшее число работ (Л.Н.Щелованов, Н.Н.Ляготин, Н.М.Колтунов, W.C.Lindsay, A.V.Kantak., W.R.Braun) и рассмотрению ряда вопросов уделено недостаточное внимание. Обоснованный выбор решений по построению сети синхронизации требует эффективных методов их исследования.
Цели работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методики исследования многосвязной системы тактовой синхронизации цифровой сети на основе ее моделирования.
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теории многосвязных систем автоматического управления, цифрового моделирования, теории вероятностей, математической статистики и теории случайных процессов.
Научная новизна работы заключаются в следующем:
разработана методика проведения исследований сети синхронизации на основе ее цифровой модели;
получена цифровая модель сети синхронизации, как многосвязной системы автоматического управления (МСАУ), учитывающая шумы опорных генераторов, фазовые нестабильности сети, задержки в каналах и методы их компенсации, обоснован выбор модели устройства синхронизации из возможных разновидностей цифровых моделей ФАПЧ;
предложена методика для оценки качества сети синхронизации по стандартным критериям максимальной ошибки временного интервала (МОВИ) и вариации времени (ВВ);
проведено исследование устойчивости сети синхронизации методом Д- разбиений, включая анализ влияния количества узлов и связности сети синхронизации на ее устойчивость;
исследованы статические и динамические характеристики сети синхронизации в соответствии с теорией МСАУ;
исследованы полоса удержания и полоса захвата сети синхронизации и проведен анализ влияния параметров устройств синхронизации (ФАПЧ), шумов опорных генераторов, количества узлов и связности сети синхронизации на полосы удержания и захвата;
исследовано влияния задержек в каналах синхронизации на характеристики сети синхронизации;
решена задача параметрической оптимизации отдельных устройств сети синхронизации (ФАПЧ) по критерию повышения помехоустойчивости.
Практическая ценность проведенных исследований заключается в следующем.
Предложенная методика исследований сети синхронизации на базе ее цифровой модели позволяет проводить детальные исследования сетей синхронизации произвольной топологии и структуры.
Оценка качества сетей синхронизации может проводиться по стандартным критериям, требования к которым жестко закреплены международными рекомендациями.
Разработанную модель сети синхронизации в сочетании с методологией проведения исследований целесообразно использовать для принятия обоснованных
решений по построению сетей синхронизации и определению оптимальных параметров ее элементов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Предложенная методика проведения исследований сети синхронизации на основе ее цифровой модели.
-
Разработанная универсальная модель сети синхронизации, учитывающая шумы опорных генераторов, фазовые нестабильности сети, задержки в каналах и методы их компенсации.
-
Методика оценки качества сетей синхронизации по стандартным критериям максимальной ошибки временного интервала (МОВИ), вариации времен (ВВ), и др.
-
Результаты исследования устойчивости сети синхронизации с использованием метода Д-разбиений. С ростом числа узлов сети синхронизации область устойчивости увеличивается.
-
Результаты исследований полосы удержания и полосы захвата сети синхронизации.
-
Результаты исследования влияния задержек в каналах на характеристики сети синхронизации.
-
Постановка и решение оптимизационной задачи в смысле повышения помехоустойчивости сети синхронизации.
Реализация результатов работы. Результаты диссертации используются организациями, занимающими^разработкой цифровых сетей связи, и в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций.
Апробация работы и публикации. Результаты обсуждались и были одобрены на международных, региональных научных конференциях и на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Государственного университета телекоммуникаций. По результатам диссертации опубликовано 18 работ в открытой печати и специальных изданиях.
Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в работе, получены автором самостоятельно.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 5 приложений.
