Введение к работе
Актуальность темы. Современные телекоммуникационные сети общего пользования обеспечивают передачу данных по низкоскоро-сїньім каналам, к которым относятся каналы тональной частоты (.ТЧ), полоса пропускания которых ограничена диапазоном 300-3400 Гц Эксплуатация сетевого оборудопанпя предполагает обязательное наличие системы управления ресурсами сети. Одной из задач системы управления является задача управления элементами сети (например, коммутатор). Коммутатор устанавливает соединение между сетевыми элементами, в качестве которых выступают индивидуальные рабочие места. Система управлення распознает сетевые элементы и отрабатывает ик запросы.
Поскольку коммутация и дальнейшая передача информации осуществляется по однонаправленным трактам, то при работе с сетевыми элементами, использующими двунаправленный интерфейс, необходимо применение адаптера сопряжения двунаправленных каналов с однонаправленными. Наличие устройства сопряжения приводит к искажению сигнала обратного канала из-за паразитного сигнала просачивания с выхода прямого канала. Сигнал просачивания обусловлен отклонением входного сопротивления канала ТЧ от номинального, причем отклонение носит случайный характер.
Взаимодействие системы управления с сетевыми элементами обеспечивается посредством многочастотных управляющих сигналов ТЧ. Сигналы поступают в устройство управления коммутацией по обратному каналу. Таким образом, управляющие сигналы подвергаются линейным искажениям как в самих каналах, так и в устройстве сопряжения. Указанное обстоятельство приводит к ложному срабатыванию системы управления и ошибочной коммутации.
Таким образом, тема работы, посвященная разработке и исследованию устройств управления передачей информации на ТЧ с целью уменьшения влияния изменений параметров каналов ТЧ на качество работы систем управления передачей информации, несомненно, является актуальной.
Необходимо отметить два аспекта в разработке и исследовании устройств управления передачей информации на ТЧ:
1. разработка устройств управления обменом информацией между двунаправленной линией и однонаправленными;
2 разработка алгоритма обработки сигналов управления, претерпевших линейные искажения в каналах ТЧ.
Кроме того, на систему управления возлагается задача контроля функционирования элементов системы управления. Следовательно, необходимо дополнительно обеспечить контроль функционирования устройства сопряжения, причем косвенным образом будет осуществляться проверка параметров двунаправленной линии.
Целью работы является разработка и исследование устройств управления передачей информации на ТЧ. Разработка подобных устройств предполагает создание математической модели, связывающей управляемые величины с параметрами линий. Для достижения поставленной цели исследования проводились по следующим направлениям:
-
Исследование и развитие метода временного разделения при сопряжении узкополосной двунаправленной линии ТЧ с однонаправленными;
-
Разработка и исследование математической модели импульсного устройства сопряжения (ИУС) двунаправленной линии с однонаправленными на основе временного разделения;
-
Построение и исследование системы адаптации ИУС к разбросу импеданса каналов ТЧ;
-
Развитие теории двустороннего усилителя ТЧ на основе разработанной математической модели ИУС;
-
Разработка метода контроля функционирования ИУС с учетом импеданса канала ТЧ;
-
Разработка алгоритма обработки управляющих двухчастотных посылок, переданных по каналам с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой, требующего минимальных временных и аппаратных затрат. Исследование устойчивости алгоритма к разбросу параметров обрабатываемых сигналов и воздействию шума.
Методы выполнения исследований. Теоретическая часть работы выполнена с использованием комплексного и операторного методов расчета, метода переменных состояния, методов теории управления и математической статистики. Теоретические исследования и анализ экспериментальных исследований проводились с использованием программных средств Mathcad (MathSoft Inc.) и в среде Turbo Pascal (Borland Inc.).
Достоверность полученных научных положений и выводов подтверждена экспериментальными исследованиями.
Положения, выносимые на защиту:
-
По результатам теоретического анализа временного разделения разработан способ сопряжения двунаправленной узкополосной линии с однонаправленными, дополнительно использующий принудительное формирование знакопеременного переходного процесса и процедуру интегрирования напряжения обратного канала. Характер переходного процесса не влияет на процесс сопряжения;
-
На основе анализа разработанной математической модели ИУС показано, что наличие оптимального шага дискретизации позволяет повысить подавление сигнала просачивания при конкретном сопротивлении двунаправленной линии; также показано, что путем
изменения шага дискретизации осуществляется адаптация МУС к активной составляющей сопротивления двунаправленной линии, причем критерием, настройки является равенство нулю постоянной составляющей напряжения просаливания Формирование сигнала, близкого к копии напряжения обратного канала с последующим ттх вычитанием позволяет дополнительно повысить подавление напряжения просачивания, а, следовательно, уменьшить искажения передаваемой информации;
3 Показано, ч го контроль функционирования ИУС осуществляется по величине коэффициента отражения относительно номинального сопротивления, который численно равен амплитуде напряжения обратного канала за выпетом константы при заданном контрольном сигнале прямого канала;
4. Показано, что построение двустороннего усилителя ТЧ на базе двух ИУС и двух односторонних усилителей ТЧ обеспечивает компенсацию затухания в каналах ТЧ. Разделение направлений передачи осуществляется на частоте дискретизации, а усиление входных сигналов - в диапазоне ТЧ. В предлагаемом двустороннем усилителе ТЧ осуществляется раздельная автоподстройка каждого ИУС к соответствующему двунаправленному участку;
5 Показана возможность применения разработанного алгоритма распознавания двухчастотных посылок для спектрального анализа дискретного входного сигнала. При определении амплитуды произвольной спектральной составляющем!, выполняются две операции умножения. Решение о наличии в принятой реализации конкретной спектральной составляющей принимается на основе сравнения амплитуды спектральной составляющей с порогом.
Научная новизна. Впервые разработан способ сопряжения узкополосной двунаправленной линии с однонаправленными, основанный на временном разделении работы прямого и обратного каналов. Способ дополнительно использует эффект принудительного создания знакопеременного переходного процесса и процедуру интегрирования напряжения обратного канала. Новизна предложенного способа подтверждена патентом.
На основе предложенного способа обоснована возможность адаптации ИУС к параметрам двунаправленных линий путем изменения шага дискретизации по критерию равенства нулю постоянной составляющей напряжения просачивания, что соответствует минимальному напряжению просачивания и минимальным искажениям передаваемой информации. Адаптация обеспечивается без измерения сопротивления линии.
Разработан метод контроля функционирования ИУС по величине коэффициента отражения, которому противопоставляется амплитуда напряжения обратного канала.
На основе математической модели ИУС проведено развитие теории двустороннего усиления сигналов ТЧ, с целью компенсации энергетических потерь в линиях передачи. Предлагаемый двусторонний усилитель по принципу построения объединяет метод коммутации направления усиления и метод, осуществляющий переход с двунаправленного участка на однонаправленные.
Разработан алгоритм цифровой обработки управляющих сигналов, позволяющий произвести спектральный анализ в ограниченном частотном диапазоне, выполняя две операции умножения для получения амплитуды спектральной составляющей.
Практическая ценность. По результатам теоретических исследований разработаны и изготовлены следующие устройства:
импульсное устройство сопряжения, позволяющее обеспечить необходимое подавление сигнала просачивания для качественного сопряжения двунаправленной линии с однонаправленными с обеспечением адаптации к параметрам линий. Приоритетность устройства подтверждена патентом. Устройство внедрено в производство;
импульсная схема определения полного частотно-зависимого сопротивления, позволяющая определить модуль полного сопротивления по амплитуде напряжения канала приема и активную составляющую полного сопротивления по оптимальному шагу дискретизации. Схема может быть использована в составе аппаратуры контроля за параметрами линий и ИУС;
двусторонний усилитель ТЧ, позволяющий скомпенсировать затухание сигналов в линиях и обладающий способностью адаптации к параметрам обоих двунаправленных окончаний. Устройство внедрено в опытно-конструкторские разработки.
Кроме того, по разработанному алгоритму составлена программа распознавания двухчастотных посылок, позволяющая снизить вычислительные затраты и обеспечить стопроцентное распознавание управляющих сигналов при перекосе амплитуд до 4 дБ. Программа внедрена в производство.
Апробация работы, приоритетность и публикации. Приоритетность работы подтверждена двумя патентами на изобретение, выполненными в соавторстве. Основные результаты доложены на XXXI и XXXII НТК (Ульяновск, 1997, 1998), II и III Всероссийской НТК «Методы и средства измерений физических величин» (Н. Новгород, 1997, 1998), Научно-практической конференции с международным участием «Новые методы, средства и технологии в науке, промышленности и экономике» (Ульяновск, 1997), международной НТК «Нейронные, реляюрные и непрерывнологические сети и модели» (Ульяновск, 1998).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературных источников, заключения и приложений. Работа выполнена на 159 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков и б таблиц. Список литературных источников составляет 96 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
