Введение к работе
Актуальность работы.
Современные я перспективные автоматизированные системы управления обусловливают необходимость внедрения технологий обработки информации, реализуемых на базе распределенных информационно- вычислительных сетей (РИВС). Одной из основных тенденций развития современных РИВС является базирование на принципах, методологии и архитектуре технологии "клиент-сервер", которая определяет повышенные требования к пропускной способности каналов передачи цифровых данных и достоверности передачи информации. В условиях слабо развитой телекоммуникационной инфраструктуры при создании подобных сетей широкое применение находят беспроводные магистрали передачи данных. Для удовлетворения растущих потребностей РИВС в пропускной способности каналов обмена данными в таких магистралях происходит постоянное увеличение скорости передачи и внедрение миоголозишюнных видов модуляции.
Качественные характеристики таких магистралей во многом зависят от характеристик канала связи, важнейшими элементами которого в городских условиях являются многолучевая среда распространения радиоволн и приемный тракт сетевого адаптера (далее - сетевой адаптер). Вопросами исследования воздействия помех среды распространения на цифровые сигналы и борь-' бы с ним посвящено достаточно большое количество работ. Между тем с ростом скоростей передачи информации и внедрением средств синхронной цифровой иерархии заметное влияние на качество обмена информацией стали оказывать мультипликативные помехи возникающие собственно в сетевом адаптере, что обусловливает противоречие между требуемым качеством обмена информацией и ломеховыми характеристиками существующих устройств.
Дня обеспечения требуемого качества обмена с учетом специфики рассматриваемого канала перспективный сетевой адаптер беспроводной РИВС должен обеспечивать следующие функциональные возможности:
настройка на принимаемый сигнал в широком частотном диапазоне;
предварительная селекция сигнала в диапазоне входных частот;
многоканальный прием и синхронно-пременная обработка сигналов. Реализация таких возможностей сетевого адаптера на традиционной
элементной базе с приемлемыми массо-габаритными характеристиками в значительной степени затруднена. Одним из подходов к решению проблемы является использование в качестве широкополосных элементов трактов устройств на базе функциональной электроники, в частности использующих эббект мапшгосгатически.х спиновых волн (МСВ).
Существующие методы и математические модели для опенки помехоустойчивости приема цифровых сигналов искаженных мультипликативными помехами в сетевых адаптерах ориентированы на рассмотрение влияния флуктуации только гетеродинных колебаний и ограничивается анализом случая некогерентного детектирования. Использование его для определения характеристик ошибок приема при когерентном детектировании, находящем наибольшее применение в реальных беспроводных РИВС, приводит к сущес-твениым погрешностям. Практически пригодных методик оценки шумового мультипликативного воздействия МСВ устройств, на обрабатываемый сигнал в настоящее время не предложено, а в силу специфики физических процессов применение математического аппарата, используемого для анализ^ влияния флуктуации гетеродина неприемлемо. Поэтому разработка методов анализа и параметрического синтеза сетевых адаптеров на основе установления количественных характеристик влияния различных по физической природе источников мультипликативного воздействия на многопознционные сигналы при когерентном детектировании является актуальной, представляет научный и практический интерес.
Цель работы.
Целью работы является повышение достоверности обмена цифровыми данными в беспроводных РИВС путем синтеза линейной части сетевого адаптера с минимальным уровнем мультипликативных помех.
Поставленная цель определила следующие основные задачи исследования:
-
Анализ основных источников мультипликативных помех в сетевом адаптере беспроводной РИВС и разработка математических моделей их взаимодействия с многопозиционнымн цифровыми сигналами.
-
Разработка математической модели для комплексной оценки влияния характеристик основных источников мультипликативных помех на информационные параметры сигналов передачи данных d беспроводной РИВС.
-
Разработка способов снижения уровня мультипликативных помех и повышения помехоустойчивости приема цифровых сигналов со сложными видами модуляции.
-
Обоснование и разработка практических рекомендаций по построению элементов и сетевых адаптеров в целом, обладающих низким уровнем вносимых мультипликативных помех.
5. Синтез основных элементов линейных трактов сетевых адаптеров с низким уровнем вносимых мультипликативных помех.
Методы исследований.
При решении поставленных задач использовались методы теории проектирования элементов и устройств вычислительной техники, математического моделирования, аппарат теории вероятности, теории передачи сигналов, теории цепей, спинволновон электроники.
Научная новизна работы заключается в следующем :
разработана обобщенная математическая модель сетевого адаптера, включающего физически разнородные источники мультипликативного воздействия, обеспечивающая анализ помехоустойчивости когерентного приема цифровых сигналов на фоне аддитивных помех с учетом параметров рассматриваемых источников и принимаемых сигналов;
разработана математическая модель для анализа шумовых характеристик перестраиваемых устройств на пазе спинволновон электроники Л1СВ, учитывающая параметры системы управления, тип используемых волн, свойства Болноведущей структуры и их температурную зависимость;
теоретически обоснован способ параметрического синтеза составных элементов и сетевого адаптера в целом, состоящий в последовательной оптимизации приемного тракта по критериям минимума суммарной дисперсии фазовых флуктуации и вероятности ошибки измерения информационных параметров сигналов, обеспечивающий требуемое качество обработки сигналов и достоверность приема при заданном виде модуляции.
Основные положения, выносимые па защиту:
-
Обобщенная математическая модель для анализа помехоустойчивости когерентного приема цифровых сигналов в условиях мультипликативного воздействия физически разнородных источников помех и параметрического синтеза адаптеров беспроводных РИВС, учитывающая характеристики основных элементов приемного тракта и используемых сигналов.
-
Математическая модель матитоуправляемого элемента функциональной электроники на базе магннтостатическнх спиновых волн для анализа вносимого им мультипликативного воздействия на принимаемый сигнал, учитывающая температурную зависимость его параметров.
3. Результаты теоретических и экспериментальных исследовании характеристик ошибок когерентного приема цифровых сигналов, искаженных муЛь- * тнгглнкатнвиой помехой при обработке п устройствах спинволновон электро-
пики и преобразовании с использованием флуктуирующего источника гетеродинного колебания.
4. Инженерные методики выбора параметров и характеристик злемеьтоз и узлов приемных трактов адаптеров беспроводных РИВС, обеспечивающих требуемую достоверность приема в заданных условиях для различных видов сигналов, схемотехнические решения, обеспечивающие стабилизацию и снижение уровня мультипликативного воздействия узлов сетевых адаптеров.
Практическая цепкость :
- разработаны инженерные методики расчета и выбора параметров эле
ментов и узлов сетевых адаптеров, определяющих их шумовые характерис
тики, на основании требуемой достоверности приема, а также вида модуля
ции и условий приема сигнала; использование полученных аналитических со
отношений позволяет повысить на 20 - 30% точность расчетов при проек
тировании устройств на базе МСВ;
- синтезированы сетевые адаптеры с пониженным уровнем мультипликативного воздействия на 10 - 20 дБ и обеспечивающих прием сигиалоа с требуемым качеством при обмене данными в каналах со скоростями, соответствующими стандартам ТІ, ТЗ, 10 Base-t и 100 Base-t.
- разработаны устройства термокомпенсацми изменения основных пара
метров устройств на .МСВ.
Реализация и внедрение результатов исследований.
Разработанные методики использовались при проектировании адаптеров беспроводных РИВС, устройства четырехканалькой синхронно-временной обработки сигналов передачи данных и фазомстрического приемного устройства.
Система стабилизации н плавной подстройки частоты колебаний УВЧ-СВЧ магиитоуправляемого генератора на сфере из железо-иттриевого граната в октавном диапазоне используется в блоке стабилизации частоты приемного устройства сетевого адаптера. Данное изделие внедрено в серийное производство и применяется в масштабах отрасли.
Двухкольцевой синтезатор частоты УВЧ-СВЧ диапазона с октавным перекрытием и низким уровнем фазовых флуктуации на базе магиитоуправляемого генератора со сферой ЖИГ, однокольцевой синтезатор УВЧ диапазона с плавной подстройкой частоты в пределах дискреты перестройки на базе управляемого генератора с варикапом используются в качестве гетеродинов первого и второго преобразователей приемного устройства сетевого адаптер.-)
Трехканальный синтезатор частоты УВЧ диапазона с низким уровнем фазовых шумов и устройствами для фазирования сигналов в каналах обработ-
к и в качестве гетеродина первого преобразователя приемного устройства; чэгннтоуправлясмые линии задержки с использованием поверхностных маг-ннтосгагнческнх спиновых волн и частотноселективнос устройство для компенсации неравномерности коэффициента передачи применяются для временной обработки сигналов УВЧ-СВЧ диапазонов.
Использование полученных результатов позволило уменьшить вероятность ошибок при приеме и обработке сигналов передачи данных на однн-два порядка в диапазоне скоростей передачи информации в каналах, соответствующими стандартам ТІ, ТЗ, 10 Base-t и 100 Base-t.
Внедрение указанных результатов и устройств подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы.
Материалы работы докладывались и получили положительную оценку на международной конференции "Распознавание-95" (г.Курск, 1995г.) и семи специализированных ведомственных конференциях.
Публикации.
По материалам диссертации опубликованы 13 работ, из них одна статья и 2 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заклю---ені'.ч, четырех приложении и списка литературы (72 наименования). Текст лнесерташш включает 132 машинописные страницы основного текста, 46 рисунков. 25 таблиц.
