Введение к работе
'
Актуальность проблемы. В настоящее время широкое применение находят сложные сигналы и наметилась тенденция к применению при их формировании многозначного кодирования - путем использования нескольких значений фазы, частоты или уровней амплитуды. Применение многоуровневых сигналов позволяет увеличить пропускную способность каналов обмена информацией.
Потребность увеличения пропускной способности возникает при построении систем обмена информацией в локальных вычислительных сетях (ЛВС), в условиях высокого уровня помех. Обычно для повышения помехоустойчивости в ЛВС применяют избыточные коды, которые позволяют как обнаружить ошибку, так и в некоторых случаях и исправить ее. Однако, при уровне помехи соизмеримой с уровнем сигнала применение таких кодов является неэффективным. Поэтому для решения этой проблемы в ряде отечественных и зарубежных фирм исследуется применение многоуровневых сигналов в каналах связи ЛВС. В частности, фирма-изготовитель ЛВС Micro Devices применяет такие сигналы в ЛВС MD-1S.
Для обработки сложных сигналов применяются цифровые программируемые согласованные фильтры (ЩСФ), которые выполняются обычно на двоичных элементах. Однако обработка многоуровневых сигналов в этом случае вызывает ряд трудностей, связанных с тем, что каждый отсчет обрабатываемого сигнала представляется многоразрядным двоичным числом. Это приводит к существенному росту объема оборудования и снижению быстродействия.
Одним из путей уменьшения количества оборудования является использование многозначных элементов. Поэтому одной из перспективных областей применения таких элементов может быть их использование в устройствах обработки многоуровневых сложных сигналов, в частности, в цифровых программируемых согласованных фильтрах, что
позволяет сократить количество оборудования при построении таких устройств. В этом случае значность элементов должна соответствовать количеству градаций обрабатываемого сигнала.
Таким образом, рассмотрение возможностей построения цифровых программируемых согласованных фильтров на основе многозначных элементов для обработки многоуровневых сигналов и определение эффективных областей их применения является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование возможностей построения и разработка цифровых программируемых согласованных фильтров на многозначных элементах, предназначенных для обработки многоуровневых сложных сигналов, в частности, в локальных вычислительных сетях, что позволяет в ряде случаев уменьшить количество оборудования таких фильтров без снижения их надежности.
Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач, в ходе решения которых необходимо:
1. Определить требования к цифровым программируемым согласованным фильтрам, исходя из их применения в локальных вычислительных сетях, такие как значность, время обработки сигнала и надежность .
Z. Осуществить сравнительный анализ существующих косвенных методов вычисления функции корреляции и выбрать наиболее оптимальные с точки зрения простоты их реализации на многозначных элементах, так как работа цифровых программируемых согласованных фильтров основана на вычислении функции автокорреляции.
-
Осуществить модернизацию косвенных методов вычисления функции корреляции, исходя из простоты их технической реализации в цифровых программируемых согласованных фильтрах на основе многозначных элементов.
-
Определить основные статистические характеристики предложенных методов и на их основе определить характеристики цифровых фильтров, выполненных на многозначных элементах.
-
Произвести экспериментальное исследование характеристик предложенных методов путем их машинного моделирования, и провести сравнение характеристик фильтров при обработке многоуровневых и
двоичных сигналов.
6. Осуществить макетирование цифровых программируемых согласованных фильтров на основе двоично-десятичных многозначных фаэо-импульсных элементов.
Методы исследований. В диссертационной работе для решения поставленных задач использованы методы математического анализа, теории вероятностей, а также методы статистической радиотехники и многозначная логика. Производится моделирование работы цифровых программируемых согласованных фильтров на ЕС ЭВМ.
Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:
-
Предложено использовать при построении цифровых программируемых согласованных фильтров косвенные методы вычисления функции корреляции, которые основаны на операциях выполняемых непосредственно многозначными элементами, таких как вычисление модуля и релейное умножение.
-
Разработаны новые косвенные методы обработки многозначных сложных сигналов. Показано, что на их основе может быть построен класс алгоритмов обработки сложных сигналов, определяемых четными тригонометрическими функциями.
-
Выявлена зависимость между основными параметрами многоуровневого сложного сигнала, полученного на основе многозначной М-последовательности, - максимальным боковым пиком автокорреляционной функции, его длины и числом градаций сигнала, обрабатываемого с помощью модифицированной модульной и разностно-модульной функций корреляций.
-
Показано, что надежность цифровых программируемых согласованных фильтров, реализованных на элементах со значностью 4 - 8 и обрабатывающих многоуровневые сложные сигналы, может быть в ряде случаев не ниже, чем при реализации таких фильтров на двоичных элементах.
-
Разработаны структуры многозначных цифровых программируемых согласованных фильтров, обладающих меньшим количеством оборудования и большим быстродействием по сравнению с аналогичными
фильтрами, вычисляющими мультипликативную функцию корреляции. Полученные решения являются новыми и защищены авторским свидетельством.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Показана возможность аппаратурной реализации цифровых программируемых согласованных фильтров на многозначных элементах, обладающих более высоким быстродействием и меньшим количеством оборудования по сравнению с аналогичными фильтрами, реализованными на двоичных элементах.
-
Разработаны конкретные функциональные схемы цифровых программируемых согласованных фильтров, реализованных на многозначных элементах, определены их характеристики и показано, что при мень ших аппаратурных затратах они могут иметь такую же надежность, как и фильтры, реализованные на двоичных элементах.
-
Разработана принципиальная схема цифрового программируемого согласованного фильтра, реализующего модифицированную модульную функцию корреляции, на микросхемах серии 155.
Внедрение результатов работы. Основные результаты работы были реализованы в НПО "Агат" в ходе проведения хоздоговорных работ, выполненных в научно-исследовательской части МТУСИ, а также в в/ч N 67947. Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования" (Тамбов, 1989 г.), научно-технической конференции "Цифровая обработка сигналов в системах связи и управления" (Суздаль, 1989 г.), научно-технической конференции "Развитие и внедрение новой техники радиоприемных устройств и обработки сигналов" (Горький, '1989 т.), XLIV Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1989 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Информационные методы повышения эффективности и помехоустойчивости радиосистем и систем связи" (Ташкент, 1990г.) научной конференции "Опыт разработки и внедрения цифровых и анало-
говых фильтров и корректоров в системах связи" (Севастополь, 1990 г.), научной конференции "Статистический синтез и анализ информационных систем" (Севастополь, 1991 г.), научно-техническом семинаре "Передача и обработка данных в системах управления и сетях ЭВМ" (Киев, 1991 г.), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава сотрудников и аспирантов Московского института связи 1989-1994 годов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1.. Использование многоуровневых сложных сигналов и многозначных цифровых программируемых согласованных фильтров в локальных вычислительных сетях с целью обеспечения их работоспособности при уровне помех соизмеримых с уровнем сигналов.
-
Использование при реализации цифровых программируемых согласованных фильтров разработанных косвенных модульных методов вычисления функции корреляции многоуровневых сигналов.
-
Предложенные структуры цифровых программируемых согласованных фильтров на многозначных элементах.
-
Аналитическая зависимость, определяющая связь между основными параметрами многоуровневого сложного сигнала - максимальным боковым пиком автокорреляционной функции, длиной выборки и числом градаций сигнала, обрабатываемого с помощью разностно-модульной и модифицированной модульной функций корреляции.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе получено одно авторское свидетельство об изобретении. Результаты исследований отражены в ряде научно-исследовательских отчетов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа изложена на 85 страницах машинописного текста, содержит 34 страницы рисунков и таблиц, список литературы включает 83 наименования.
