Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы наметилась стабильная тенденция замены аналоговых систем передачи (АСП) цифровыми (ЦСП). Причем , это имеет место как на городских, так и на междугородних сетях. Вместе с тем, замена аналоговых систем передачи хотя бы при одинаковом числе каналов в АСП и ЦСП требует врезки дополнительных промежуточных усилителей - регенераторов поскольку ширина спектра группового сигнала ЦСП даже в идеальном случае при восьмиразрядном нелинейном кодировании в восемь раз превышает ширину спектра группового сигнала АСП. Врезка промежуточных регенераторов сопряжена с серьезными технологическими трудностями и существенными материальными затратами, что естественно, сдерживает темпы замены АСП на ЦСП. Поэтому следует считать, что еще длительное время будут совместно сосуществовать как аналоговые так и цифровые системы передачи, опганизованные на основе направляющих сред, находящихся в одном кабеле.
Сейчас в России н других государствах СНГ находятся в эксплуатации согни миллионов канало/километров симметричного кабеля, обеспечивающего работу АСП на 60 каналов, что и обусловливает особый интерес к таким системам передачи.
Особо важным при внедрении ЦСП является вопрос электромагнитной совместимости АСП и ЦСП при их работе по параллельным цепям одного кабеля. В этом случае между АСП и ЦСП возникают взаимные электромагнитные влияния , которые могут привести , с одной стороны, к увеличению мощности несовпадающих помех в каналах тональной частоты (ТЧ) АСП, а с другой стороны, к возрастанию вероятности ошибки на участке регенерации ЦСП.
Вопросам построения алгоритмов оптимальной обработки сигналов АСП и ЦСП в отдельности посвящено достаточное число работ. Тем не менее, имеется еще множество задач, от решения которых будут зависеть и темпы внедрения ЦСП н качество работы АСП. Существенного улучшения качества работы АСП и ЦСП, повышения эффективности использования существующих трактов и более быстрого процесса замены АСП на ЦСП можно достичь за счет внедрения в практику новых наукоемких технологий обработки сигналов, базирующихся на применении высокопроизводительных сигнальных процессоров позволяющих реалвзовывать оптимальные алгоритмы.
Современный синтез алгоритмов обработки сигналов основан на применении теории оптимальной линейной и нелинейной фильтрации непрерывных и дискретных марковских процессов. При этом, обязательными
исходными данными для синтеза должны быть уравнения состояния, описывающие' динамику всех участвующих в передаче информационных в сопутствующих процессов, а также условия их взаимодействия в тракте передачи.
Вопросам построения моделей как АСП, так и ЦСП посвященс достаточное число работ, однако отсутствуют обобщенные модели, отражающие условия передачи совокупности аналоговых и цифровых сигналов. Поэтом] разработка моделей АСП и ЦСП при их совместной работе в одної, симметричном кабеле, представляет интерес для разработчиков как аналоговых так и цифровых систем передачи.
Известные, традиционные алгоритмы обработки сигналов в АСГ предполагают коррекцию амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) тракт передачи, а в период строительства симметрирование физических пар кабеля і целью уменьшения переходных влияний между параллельными парами. Автома тическая коррекция АЧХ в системах передачи, например, К-60 осуществляете только по трем контрольным . частотам, в результате чего точност корректирования оказывается недостаточной, нз-за чего часто нарушаете работоспособность каналов ТЧ. Имеются работы,, касающиеся вопросе автоматизации процессов обработки сигналов в АСП," однако они затрагиваю лишь отдельные аспекты этой сложной проблемы. Существующие в назтоящ,. время новые средства обработки сигналов в виде специализированны сигнальных процессоров позволяют подходить с новым взглядом к проблем обработки сигналов в АСП и применять новые, ранее не применявшиес алгоритмы. Это особенно важно, когда системы передачи работают в сложны условиях, при сильных взаимных влияниях между собой. Наличие симметричных кабелях связи сильных переходных влияний сдерживает темп увеличения пропускной способности симметричных кабелей. Именно наличі переходных влияний между физическими парами кабеля не дает возможное обеспечить работу двух или даже более аналоговых систем передачи К-1020 Разработка новых алгоритмов обработки сигналов в АСП без закрытия связи і каналам АСП, с применением новых средств обработки может да существенный экономический эффект.
Отсутствие до недавних пор хорошей элементной базы не дава возможности применять оптимальные алгоритмы обработки сигналов регенераторах ЦСП, что естественно, не позволяло реализовать возможности систем передачи и направляющих сред. Скорость передачи цифровых гчгналої симметричных кабелях ограничивается с одной стороны болыл километрическим затуханием физических пар кабеля, а с другой сторої межеимвольнои интерференцией (МСИ) между злемгнтгки ситна,
озникающей из-за неидеальностн АЧХ п ФЧХ трактов передачи н сильными іереходньїми влияниями между физическими парами кабеля. Применение даптивных методов обработки сигналов в регенераторах ЦСП в значительной тепени позволит устранить эти ограничения. Вместе с тем, известные алгоритмы даптацип работают либо в условиях малой начальной вероятности ошибки, либо применением в начале сеанса связи специальной обучающей [оследовательности. Разработка алгоритмов, свободных от указанных іедостатков, позволит применять адаптивные методы обработки сигаалов в "словиях сложной помеховой обстановки, при наличии многих мешающих факторов. Перечисленный круг вопросов, конечно, требует дальнейшего ізучешія.
Цели и задачи диссертации.Целью диссертационной работы иляется построение моделей, адекватно отражающих условия работы в одном :имметричном кабеле АСП и ЦСП. Создание алгоритмов, обеспечивающих штимальную адаптивную обработку сигналов АСП без закрытия связи по саналам ТЧ, для условий неидеальности АЧХ тракта передачи и наличия креходных влияний между параллельно работающими физическими парами сабеля. Синтез алгоритмов адаптации, не использующих обучающих іоследовательностей и решающей обратной связи, обеспечивающих оптимальную збработку сигналов в регенераторах ЦСП для услозтгй МСИ п наличия в тракте яереходиых влияний от параллельно работающих АСП и ЦСП. Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
1. Разработка моделей линейных трактов АСП и ЦСП прпмепнтельпо к
условиям их взанмодейстпия в одном кабеле связи, при нендеальной АЧХ тракта
ЛСП, с учетом МСИ з тракте ЦСП п наличпл переходных влияний между АСП
и ЦСП.
2. Построение алгоритмов, обеспечивающих оптимальную гдгптквігую
обработку снгаалоз а лпнелных траттах АСП без захрытгп скги по каналам VI,
при наличии в трахтг псхаяекла АЧХ н переходных плпзплз от параллельно
работающих АСП и ЦСП.
3. Синтез нелинейных алгоритмов адаптации, не использующих обучающие
последовательности п решающую обратную связь, обеспечивающих
оптимальную обработку сигналов в линейных трактах ЦСП при наличии МСИ и
переходных влияний от параллельно работающих АСП и ЦСП.
4. Разработка программ статистического моделирования полученных алгоритмов с целью определения их потенциальных возможностей.
Методы исследозапия. При выполнении исследований были использованы методы теории оптимальной лилейной и нелинейной фильтрации
дискретных и непрерывных сигналов, теории адаптации, теории цепей и сипіалов, теории вероятностей, методы математической статистики и машинно.о моделирования.
Научнее новизна. Основными результатами диссертации, обладающими научной новизной, являются:
П математические модели линейных трактов АСП и ЦСП для условии неидеальности АЧХ тракта АСП, с учетом МСИ в цифровом сигнале, при наличии в трактах переходных влияний между АСП и ЦСП-О алгоритмы адаптивної" форміїрования характеристик линейных трактов без закрытия связи п- каналам ТЧ, обеспечивающие оптимальную обработку сигналов АСП при пендеальной АЧХ тракта, при наличии переходных влияний меж«у параллельно работающими АСП и ЦСП П нелинейный алгоритм адаптации, не использующий обучающую последовательность и решающую обратную связь, обеспечивающий оптимальную обработку с учетом МСИ в сигнале ЦСП, при наличии в тракте переходных влияний от параллельно работающих АСП и ЦСП.
Практическая ценность. Полученные в диссертации алгоритмы оптимального адаптивного формирования характеристик линейных трактов АСП, без закрытия связи по каналам ТЧ, позволяют расширить рабочий диапазон частот симметричных кабелей связи и тем самым обеспечить работу в одном кабеле двух и более АСП с большим, чем в АСП К-60, числом каналов.
Нелинейный алгоритм адаптации, не использующий обучающук последовательность и решающую обратную связь, позволяет прямо по рабочему сигналу ЦСП оптимально адаптировать параметры регенератора к условиям МСУ и переходных влияний между параллельно работающими АСП и ЦСП.
Разработанный программный пакет для моделирования алгоритмої адаптивной обработки сигналов в АСП и ЦСП позволяет определят! оптимальные характеристики аналоговых и цифровых систем передачи прі наличии в тракте многих мешающих факторов.
Реализация результатов работы. Результаты днссертациі используются в учебном процессе аспирантов и инженеров-исследователей, также при дипломном проектировании в Санкт-Петербургском Государственно.1 университете телекоммуникаций.
Апробация работы и публикации. Результаты диссертаци обсуждались и были одобрены на научно-технических конференция профессорско-преподавательского состава Государственного университет телекоммуникаций. Основные роулышы диссертационной работы опубликован в научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Работа содержит 157 страниц машинописного текста, 29 рисунков и список литературы из 73 наименований.
