Введение к работе
Работа выполнена на кафедре «Управление н информатика в технических и экономических системах» Владимирского государственного университета.
Научный руководитель
кандидат технических наук, профессор Анатолий Александрович Галкин
Официальные оппоненты
доктор технических наук, профессор Александр Павлович Галкин
кандидат технических наук, доцент Вячеслав Михайлович Дерябин
Ведущая организация
ОАО «Владимирское конструкторское
бюро радиосвязи» (г. Владимир)
Зашита состоится «3» декабря 2009 года в 14:00 на заседании диссертационного совета /1212.025.04 в аул. 301-3 Владимирского государственного университета по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ВлГУ, ФРЭМТ.
Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направить по адресу 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, ученому секретарю диссертационного совета Самойлову А. Г.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
Автореферат разослан «_ » ІІ&&МХ 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д212.025.04 доктор технических наук, профессор
А.Г. Самойлов
Актуальность темы. В последние десятилетия в связи с развитием автоматических систем управления и информационно-измерительных систем, построенных с использованием микропроцессорной техники, повсеместно возрастает потребность в средствах телекоммуникаций как в глобальном, так и в локальном масштабах. Системы управления и мониторинга в промышленности, на транспорте, в медицине, энергетике становятся все более интеллектуальными н распределенными. Одновременно значительное распространение получают средства бытовой автоматики, системы охранной и иной сигнализации, которые также нуждаются в развитой инфраструктуре средств связи. При этом важную роль играет экономический фактор средства информационного обмена должны быть дешевыми и повсеместно доступными.
Ориентация на конкретный класс приложений выдвигает различные требования к скорости и дальности передачи данных. Одной из актуальных задач является организация передачи данных на короткие расстояния — в пределах здания или нескольких зданий, расположенных на сравнительно небольшой территории.
Традиционным решением в данном случае являются проводные каналы связи. В бытовых, коммерческих н промышленных системах передачи информации нашли широкое распространение проводные каналы связи, на базе которых реализованы интерфейсы RS-232, RS~485, USBt Ethernet и многие другие. Такие каналы характеризуются высокой скоростью передачи данных (до десятков Мбит/с) и дальностью передачи (до нескольких километров).
Недостаток проводной связи очевиден — требуется проведение дорогостоящих работ по прокладке кабеля, которые существенно осложняются при необходимости организации канала связи между несколькими зданиями. Вместе с тем, высокая пропускная способность проводных каналов связи нередко оказывается избыточной.
В настоящее время промышленностью выпускается широкий круг радиопередающих приборов, действующих на расстоянии до нескольких сотен метров, отличающихся скоростью передачи данных, мощностью передатчика, рабочим диапазоном частот, конструктивным исполнением.
Недостатком радиомодемов является ограниченный радиус действия маломощных радиопередатчиков. В условиях промышленного здания радиосигнал проходит через стены, железобетонные конструкции, станки и оборудование. Поэтому потерн мощности сигнала весьма существенны.
Могут быть приведены многочисленные примеры распределенных систем управления и измерений, в которых объемы передачи информации не превышают десятков - сотен байт в секунду. К ним относятся контрольно измерительные приборы, в том числе поддерживающие стандарт SCP!, часто на физическом уровне реализуемый посредством низкоскоростных интерфейсов, таких как RS-232.
В таких системах связи одним из возможных решений является канал высокочастотной связи по существующей инфраструктуре низковольтных электрических распределительных сетей. К преимуществам данного канала связи следует отнести широкую распространенность электрических сетей, их механическую прочность, возможность формирования канала связи, отсутствие необходимости в свободных радиочастотах и проведении работ но прокладке кабеля.
Цель работы заключается в разработке модели и методик экспериментального исследования канала высокочастотной связи по низковольтным электрическим распределительным сетям и формулировке практических рекомендаций по разработке каналообразующей аппаратуры.
Задачи исследования. В связи с поставленной целью задачами исследования являются:
Проведение анализа существующих моделей линий электропередач в качестве среды распространения высокочастотного сигнала, а также известных технологий высокочастотной связи по линиям электропередач.
Разработка модели линий электропередач и нагрузок с точки зрения условий распространения высокочастотного сигнала.
Разработка методики экспериментального исследования характеристик канала высокочастотной связи по электрическим распределительным сетям.
Исследование процесса приема сигнала в условиях помех, характерных для электрических рэспределстельных сетей.
Разработка рекомендаций по созданию каналообразующей аппаратуры с использованием средств современной электроники и микропроцессорной техники.
Научная новизна заключается в следующем:
Разработана модель низковольтных электрических распределительных сетей, как среды распространения высокочастотных сигналов на основе теории цепей с распределенными параметрами.
Проведена классификация нагрузок и разработаны их схемы замещения, отражающие влияние нагрузок на условия распространени.я высокочастотного сигнала. Отличительной особенностью схем замещения является сложный характер зависимости их параметров от частоты, учитывающий вихревые токи в массивных ферромагнитных телах.
Исследовано влияние импульсных помех, характерных для канала высокочастотной связи по электрическим распределительным сетям, на оптимальный приемник ортогональных сигналов. Получены зависимости вероятности ошибок от частоты для канала с гауссовым шумом в присутствии импульсных помех.
Разработана нелинейная модель аналого-цифрового преобразователя, позволяющая исследовать влияние эффектов квантования на работу оптимального приемника при цифровой реализации демодулятора.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
Получены выражения для прогнозирования затухания высокочастотного сигнала, удобные для вычислений с использованием компьютера.
Предложены методики измерения характеристик канала высокочастотной связи по электрическим распределительным сетям, а именно: затухания, входного сопротивления сети и нагрузок, уровней помех. Методики преимущественно базируются на цифровом осинллографированнн с последующей обработкой на основе дискретного преобразования Фурье.
Сформулирован формальный критерий выбора вида модулирован ного сигнала на основе требований к скорости передачи информации, доступной полосе частот и характеристикам канала.
Сформулированы общие рекомендации по выбору параметров звеньев приемника: усилительных и фильтрующих устройств, аналого-цифрового преобразователя.
5. Предложены алгоритмы функционирования цифрового демодулятора
ортогональных сигналов, символьного синхронизатора и адаптивного выбора
скорости.
6. Получены диаграммы для определения эквивалентного увеличения
уровня шума вследствие эффектов квантования в цифровом демодуляторе.
7. Разработаны методические указания по выбору и расчету параметров
сигнала: объема словаря, символьной скорости, частот манипуляции, частоты
квантования.
Внедрение результатов. Результаты работы внедрены при проектировании станции приемосдаточных испытаний по заказу ОАО «НИПТИЭМ» г. Владимир. Высокочастотная связь использована для организации канала дистанционного управления приводом индукционного регулятора и получения диагностической информации о его выходном напряжении.
Основные положення и результаты, выносимые на защиту:
Модель низковольтных электрических распределительных сетей, как среды распространения высокочастотного сигнала, на основе теории цепей с распределенными параметрами.
Схемы замещения нагрузок, отражающие их влияние на условия распространения высокочастотного сигнала, учитывающие сложный характер зависимости параметров от частоты.
Методики измерения характеристик канала высокочастотной связи по электрическим распределительным сетям, а именно: затухания, входного сопротивления сети, входного сопротивления нагрузок, уровней помех.
Результаты исследования влияния специфических импульсных помех на работу оптимального приемника сигнала с частотной манипуляцией.
Рекомендации по выбору вида модулированного сигнала с учетом характеристик канала высокочастотной связи по электрическим распределительным сетям.
6. Нелинейная модель АЦП, отражающая влияние эффектов квантования
на условия работы цифрового корреляционного приемника.
7. Алгоритм символьной синхронизации на основе метода опережающего и запаздывающего стробировання.
Апробация результатов работы н публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых изданиях, 4 доклада на международных конференциях.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и пяти приложений. Объем диссертации составляет 186 страниц, в том числе 167 страниц основного текста. Список литературы содержит 102 наименования.
