Метод и алгоритмы оценки качества передачи и обработки информации в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Кашин, Дмитрий Игоревич

• Кашин, Дмитрий Игоревич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Кашин, Дмитрий Игоревич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ФОРМАТОВ МОДУЛЯЦИИ ОПТИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ И СПОСОБОВ ЛИНЕЙНОГО КОДИРОВАНИЯ

ИНФОРМАЦИИ В ЦИФРОВЫХ КАНАЛАХ ВОЛОКОННО-

ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СВЯЗИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

1.1. Постановка задачи

1.2. Обзор и классификация форматов модуляции оптических сигналов

1.2.1. Обзор форматов амплитудной модуляции оптических сигналов

1.2.2. Обзор форматов фазовой и дифференциально-фазовой модуляции оптических сигналов

1.3. Модель аналитического описания временных параметров импульсов в цифровом сигнале

1.4. Обзор основных параметров и свойств линейных кодов в каналах волоконно-оптических сетей связи

1.5. Обзор и анализ способов линейного кодирования первичных цифровых тестовых сигналов

1.5.1. Обзор и анализ способов линейного кодирования первичных цифровых сигналов при использовании формата амплитудной модуляции

1.5.2. Обзор и анализ способов линейного кодирования первичных цифровых сигналов при использовании формата фазовой модуляции

1.6. Классификация форматов модуляции оптических сигналов и способов линейного кодирования

1.7. Выводы по главе

2. МЕТОДИКА И АЛГОРИТМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ

2.1. Постановка задачи

2.2. Обзор стандартных первичных цифровых тестовых сигналов с фиксированной и псевдослучайной структурами (по Рекомендациям МСЭ-Т)

2.3. Модель генератора псевдослучайных последовательностей импульсов цифровых тестовых сигналов

2.4. Методика расчета спектральной плотности мощности цифровых тестовых сигналов

2.5. Анализ результатов расчета СПМ электрических тестовых сигналов

2.6. Сравнительный анализ результатов расчета параметров СПМ вторичных цифровых электрических тестовых сигналов

2.7.Выводы по главе

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ МОДУЛИРОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СВЯЗИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ч

3.1.Постановка задачи

3.2.Обзор и анализ способов модуляции оптических сигналов в

оборудовании волоконно-оптических сетей связи железнодорожного

транспорта

3.3.Методика и алгоритм расчета параметров СПМ немодулированных оптических сигналов

3.4.Методика и алгоритм расчета параметров СПМ модулированных

оптических сигналов

3.5.Анализ результатов расчета спектральной плотности мощности модулированных оптических сигналов

3.6. Сравнительная оценка энергетических характеристик СПМ модулированных оптических сигналов

3.7.Выводы по главе

4. МЕТОД РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ И

ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ЦИФРОВЫХ КАНАЛАХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СВЯЗИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

4.1. Постановка задачи

4.2. Обзор стандартов оптических волокон

4.3. Методика расчета мощности спектральных составляющих СПМ

оптического сигнала при воздействии нелинейных эффектов в ОВ

оптического сигнала при воздействии нелинейного эффекта вынужденного рассеяния Рамана (ЗЯБ)

4.3.2. Расчет потерь мощности спектральных составляющих СПМ оптического сигнала при воздействии нелинейного эффекта вынужденного рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (Б В Б)

4.3.3. Расчет потерь мощности спектральных составляющих СПМ оптического сигнала при воздействии нелинейного эффекта фазовой самомодуляции (БРМ)

4.3.4. Расчет потерь мощности спектральных составляющих СПМ оптического сигнала при воздействии нелинейного эффекта перекрестной фазовой модуляции (СРМ)

4.4. Алгоритм расчета СПМ оптического сигнала при воздействии нелинейных эффектов в оптическом волокне

4.5. Методика расчета мощности оптических шумов в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта

4.5.1. Модель расчета мощности оптических шумов, создаваемых ФПУ

4.5.2. Расчет мощности оптического шума в модулированном оптическом сигнале, вызванного влиянием эффекта четырехволнового смешения

4.5.3. Расчет мощности квантового оптического шума

4.5.4. Расчет мощности дробного шума Джонсона-Найквиста

4.5.5. Анализ результатов расчета мощности оптических шумов в каналах передачи волоконно-оптических сетей связи

4.6. Методика расчета характеристик качества передачи данных в оптических каналах связи

4.7. Модель расчета коэффициента секунд передачи данных с битовыми ошибками ESR и коэффициента секунд передачи данных пораженных битовыми ошибками SESR

4.8. Рекомендации по применению цифровых тестовых сигналов в системах технической эксплуатации волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта

4.9. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод и алгоритмы оценки качества передачи и обработки информации в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

В настоящее время общая протяженность железных дорог Российской Федерации составляет 85,2 тыс. км. В составе телекоммуникационного комплекса железнодорожного транспорта насчитывается более 300 тыс. км линий магистральной связи, в том числе свыше 70 тыс. км - волоконно-оптических линий.

В соответствии с утвержденной «Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» (на этапе динамического развития 2016-2030 годов) планируется интенсивное развитие всей инфраструктуры железнодорожного транспорта, существенное повышение эффективности его функционирования. Намечено строительство более 20 тыс. км новых железнодорожных линий, модернизация существующих и строительство новых волоконно-оптических сетей магистральной связи. Программой совершенствования деятельности органов управления железнодорожным

I

транспортом намечен переход на новые информационно-коммуникационные технологии и средства их реализации, включая средства вычислительной техники, связи, сбора и обработки информации.

Тенденциями дальнейшего развития телекоммуникационных услуг сетей магистральной связи является передача больших объемов данных с высокими скоростями, внедрение средств автоматизации технологических процессов управления, внедрение и развитие новых видов телекоммуникационных услуг для перехода на современные средства управления железнодорожным транспортом, применение технических средств связи нового поколения для скоростных и высокоскоростных магистралей.

Проектирование и техническая эксплуатация телекоммуникационных систем сопряжены с выбором технологических решений, направленных на повышение качества передачи и обработки информации в волоконно-оптических сетях связи. Важная роль при этом принадлежит научно обоснованному выбору

способа линейного кодирования и форматов модуляции оптических сигналов. Формат модуляции и способ линейного кодирования сигналов существенно влияет на качество передачи (потери мощности сигналов, защищенность сигналов от электрических и оптических шумов, битовые ошибки), увеличение дальности, число оптических каналов и скорости передачи.

Актуальной научной задачей является разработка метода и алгоритмов оценки качества передачи и обработки информации для разных форматов модуляции и способов линейного кодирования оптических сигналов в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта.

Разработанный метод основан на исследовании влияния форматов модуляции и способов линейного кодирования оптических сигналов на характеристики качества передачи информации.

Результаты исследований позволят на стадии проектирования волоконно-оптических сетей связи научно обосновывать выбор формата модуляции и способа линейного кодирования сигналов для обеспечения требуемых норм на качество передачи информации. А при технической эксплуатации выбирать форматы тестовых сигналов, обеспечивающих достоверные результаты функционального, логического и стрессового тестирования цифровых каналов и трактов. В рекомендациях МСЭ-Т представлены стандартные структуры цифровых тестовых сигналов, однако не даются обоснованные указания по их практическому использованию с учетом применяемых способов линейного кодирования, форматов модуляции оптических сигналов, нелинейных свойств оптического волокна (ОВ), некогерентного источника излучения оптического сигнала. Поэтому данное направление исследований представляет большой научный интерес и практическую ценность.

Разработанный метод основан на исследовании процессов последовательного преобразования характеристик спектральной плотности мощности (СПМ) стандартных электрических тестовых сигналов на этапах: линейного кодирования задаваемыми кодами, модуляции оптическим сигналом, воздействия нелинейных свойств оптического волокна, оптоэлектронного

преобразования оптических сигналов ' фотоприемником. Результатами исследований являются алгоритмы и программные продукты, позволяющие рассчитывать характеристики СПМ тестовых электрических и оптических сигналов и характеристики качества передачи информации по каналам волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта.

Степень разработанности темы

Большой объем исследований по изучению форматов модуляции оптических сигналов выполнен в разные времена такими русскими и иностранными учеными, как Наний O.E., Убайдуллаев P.P., Трещиков В.Н., Листвин В.Н., Слепов H.H., Прахов В.И., Winzer P.J., Essiambre R.J. и др.

В этих работах представлены особенности использования форматов модуляции и способов линейного кодирования сигналов в волоконно-оптических сетях связи.

Вопросам изучения спектров электрических сигналов посвящены работы ученых Баранова Л.А., Горелова Г.В., Волкова A.A., Фомина А.Ф. и др.

Основы теории нелинейной оптики и передачи сигналов по оптическому волокну изложены в научных трудах многих отечественных и зарубежных ученых, среди которых можно выделить Прохорова A.M., Дианова Е.М., Агравала Г., Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. и др.

Исследованию влияния нелинейных свойств оптического волокна на энергетические параметры сигналов посвящены работы ученых Алферова Ж.И., Агравала Г., Фримана Р., Жирара А., Листвина В.Н., Слепова H.H. и др.

Работы таких русских ученых, как Убайдуллаев P.P., Трещиков В.Н. Бакланов И.Г., Иванов А.Б., Никульский И.Е., Колпаков И.А., Песков С.Н., Наний O.E., посвящены определению характеристик качества передачи информации по каналам волоконно-оптических сетей связи.

Метод и алгоритмы оценки качества передачи и обработки информации в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта позволили разработать рекомендации по выбору и использованию тестовых

сигналов, линейных кодов, форматов модуляции для заданных условий проектирования и эксплуатации волоконно-оптических сетей связи.

Цели и задачи диссертации

Целью диссертации является разработка метода и алгоритмов оценки качества передачи информации в высокоскоростных каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта с учетом выбранных способов линейного кодирования и форматов модуляции оптических сигналов.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научные задачи:

* - обзор, анализ, систематизация и обобщение материалов, посвященных изучению способов линейного кодирования и форматов модуляции электрических и оптических сигналов;

- разработка математической модели и алгоритма работы генератора стандартных тестовых сигналов, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т;

- разработка математических моделей и алгоритмов расчета СПМ электрических цифровых тестовых сигналов фиксированной и псевдослучайной структур при использовании различных способов линейного кодирования;

- разработка математической модели расчета СПМ немодулированного сигнала оптического одномодового и многомодового источника излучения;

- разработка математических моделей и алгоритмов расчета СПМ модулированных оптических сигналов для различных форматов модуляции и способов линейного кодирования;

- разработка математических моделей и алгоритмов расчета потерь мощности оптических сигналов и мощности шумов при воздействии нелинейных эффектов в оптическом волокне;

- разработка методики исследования влияния способов линейного кодирования и форматов модуляции оптических сигналов на качество передачи информации в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта.

Научная новизна диссертации

Основными результатами диссертации, обладающими научной новизной, являются:

- математическая модель и алгоритм работы генератора стандартных тестовых сигналов, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т;

- математические модели и алгоритмы расчета СПМ электрических цифровых тестовых сигналов фиксированной и псевдослучайной структур для различных способов линейного кодирования;

- математические модели и алгоритмы расчета СПМ модулированных оптических сигналов для различных форматов модуляции и способов линейного кодирования;

- математические модели и алгоритмы расчета СПМ модулированных оптических сигналов при воздействии нелинейных эффектов в оптическом волокне;

- методика расчета характеристик качества передачи и обработки информации в каналах волоконно-оптических сетей связи;

- рекомендации по выбору цифровых тестовых сигналов, способов их линейного кодирования и используемых форматов модуляции оптических сигналов в волоконно-оптических сетях связи железнодорожного транспорта.

Теоретическая и практическая ценность диссертации

Разработан метод и алгоритмы, позволяющие поэтапно моделировать и исследовать процессы формирования и преобразования спектральных характеристик цифровых тестовых сигналов стандартных фиксированных и псевдослучайных структур при воздействии на сигналы процедур линейного, кодирования, модуляции оптического сигнала, нелинейных эффектов в оптическом волокне, оптоэлектронного преобразования оптических сигналов, а также рассчитывать характеристики качества передачи информации в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта. Разработаны рекомендации по выбору цифровых тестовых сигналов, линейных кодов и

форматов модуляции оптических сигналов при проектировании и технической эксплуатации волоконно-оптических сетей.

Методология и методы исследования

При выполнении исследований были использованы методы математического анализа, математического моделирования, теории вероятностей, цифровой обработки сигналов.

Положения, выносимые на защиту

- па качество передачи информации влияет структура цифровых тестовых сигналов, способы их линейного кодирования, форматы модуляции являются определяющими при обеспечении заданного качества передачи и должны задаваться в зависимости от поставленных задач проектирования и технической эксплуатации волоконно-оптических сетей связи;

- тестовые сигналы с псевдослучайной структурой обеспечивают лучшие показатели качества передачи, чем аналогичные сигналы с фиксированной структурой;

- формат фазовой модуляции оптических сигналов в сочетании с соответствующими способами линейного кодирования обеспечивает лучшие энергетические характеристики тестовых сигналов по мощности и ширине спектра по сравнению с форматом амплитудной модуляции;

- представление структуры цифровых тестовых сигналов в частотных координатах позволяет исследовать влияние нелинейных свойств оптической среды, способов линейного кодирования, форматов модуляции оптических сигналов на качество передачи.

- предложенный метод исследования влияния форматов модуляции оптических сигналов на качество передачи является универсальным в части оценки влияния процедур линейного кодирования, модуляции, на качество передачи оптических сигналов в волоконно-оптических сетях связи.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность полученных результатов, основных научных выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, опирается на результаты

использования математических моделей и алгоритмов и обусловлена корректностью постановок задач, сходимостью полученных результатов моделирования с известными результатами расчетов, полученных в научных статьях и публикациях.

Основные положения диссертации обсуждались:

- на научно-технических конференциях Неделя науки - «Наука МИИТа -транспорту» в 2009 г. (1 доклад), 2011 г. (1 доклад), 2012 г. (2 доклада), 2013 г. (3 доклада);

на 25-й международной научно-практической конференции «Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте» г. Алушта, Украина, 2012 г. (2 доклада);

- на 26-й международной научно-практической конференции «Внедрение перспективных микропроцессорных систем железнодорожной автоматики и средств телекоммуникаций на базе цифровизации», г. Алушта, Украина, 2013 г. (2 доклада);

- на научно-практический конференциях «Безопасность движения поездов» МГУ ПС (МИИТ) в 2012 г. (1 доклад), 2013 г. (1 доклад);

- на X международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «ТгапБ-МесЬ-Аг^СЬет» 2014 г. (1 доклад).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (включающего в себя 100 наименований), списка сокращений и условных обозначений, 3 приложений. Диссертация представлена на 141 странице, включает в себя 34 таблицы и 53 рисунка.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ФОРМАТОВ МОДУЛЯЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И СПОСОБОВ ЛИНЕЙНОГО КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ЦИФРОВЫХ КАНАЛАХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СВЯЗИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

1.1. Постановка задачи

В диссертационной работе разработан метод оценки качества передачи и обработки информации в цифровых каналах действующих и проектируемых волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта при использования различных способов линейного кодирования и форматов модуляции передаваемых оптических сигналов.

На основе предложенных в рекомендациях МСЭ-Т цифровых тестовых сигналов (Рекомендации МСЭ-Т G.821, G826, G828, G829, М.2110) моделируются процесс преобразования временной структуры тестовых электрических сигналов в структуру линейного кода при использовании известных способов линейного кодирования, расчет спектральных характеристик полученных тестовых сигналов для различных форматов модуляции оптических сигналов, процессы воздействия на спектральные характеристики сигналов нелинейных свойств оптической среды передачи, распознавания сигналов фотоприемником.

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.821, G826, G828, G829, М.2110 для оценки качества передачи и обработки информации в каналах волоконно-оптических магистральных сетей связи (в том числе железнодорожного транспорта) используются следующие основные характеристики: коэффициенты битовых (BER) и блоковых ошибок (BLER), секунды передачи с ошибками (ESR), секунды передачи, пораженные ошибками (SESR). Для оценки характеристик качества передачи информации в цифровых каналах и трактах волоконно-оптических сетей связи используются аппаратно-программные средства встроенного контроля, например, с использованием циклических кодов CRC, BIP

и др. или проводятся эксплуатационные измерения с применением цифровых тестовых сигналов заданной структуры.

Средства встроенного контроля качества передачи реализуются в рамках структурных свойств цифровых потоков. В соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т С.821, в826 в цифровых каналах связи в основном используются тестовые сигналы с фиксированными и псевдослучайными структурами.

Целью материалов данной главы является обзор, систематизация и классификация известных способов линейного кодирования цифровых тестовых сигналов и форматов модуляции в высокоскоростных каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта. Для решения поставленной задачи необходимо:

- разработать математическую модель, описывающую временные параметры бинарных импульсов тестовых сигналов в цифровых каналах волоконно-оптических сетей связи;

- проанализировать особенности использования способов линейного кодирования цифровых сигналов и форматов модуляции оптических сигналов в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта;

- произвести обзор, анализ и систематизацию функциональных возможностей и характеристик форматов модуляции сигналов, применимых в каналах волоконно-оптических сетей связи.

На основе обзора и систематизации способов линейного кодирования и форматов модуляции оптических сигналов производится формирование перечня характеристик, отображающих энергетические параметры сигналов в конкретных условиях эксплуатации волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта.

1.2. Обзор и классификация форматов модуляции оптических сигналов

В каналах связи волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта применяют амплитудную модуляцию (ASK, Amplitude Shift Keying), фазовую (PSK, Phase Shift Keying), дифференциально-фазовую (DPSK, Differential Phase Shift Keying), частотную (FSK, Frequency Shift Keying), а также модуляцию по состоянию поляризации (PolSK, Polarization Shift Keying) [1]. В настоящее время [1-3] ведутся разработки комбинированных форматов модуляции оптических сигналов, в которых данные кодируются изменением амплитуды и фазы сигнала (ASK-PSK, DP-PSK).

Будем называть первичным цифровым сигналом исходный бинарный сигнал до процедуры его линейного кодирования. Вторичным цифровым сигналом - сигнал после выполнения процедуры линейного кодирования. Необходимо отметить, что формат модуляции неразрывно связан со способом " линейного кодирования. Поэтому в тексте будут использоваться обозначения, состоящие из двух частей:

- способ линейного кодирования;

- формат модуляции оптического сигнала.

Например, применяются следующие обозначения форматов модуляции и способов линейного кодирования оптических сигналов: NRZ ASK, ME PSK и др.

1.2.1. Обзор форматов амплитудной модуляции оптических сигналов

Способ линейного кодирования первичного цифрового тестового сигнала обуславливает выбор формата модуляции оптического сигнала. Процедура амплитудной модуляции (ASK, Amplitude Shift Keying) реализуется кодированием электрических сигналов наличием или отсутствием световых импульсов [1,4].

Такие форматы модуляции принято обозначать аббревиатурой ООК (On/Off Keying), т.е. модуляция по принципу включено/выключено. При использовании

способа прямой модуляции мощность излучения источника оптического сигнала управляется воздействием логических значений 0 или 1 электрического сигнала. Способ прямой модуляции рекомендован к использованию в каналах волоконно-оптических сетей связи со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с [5]. Недостатком способа прямой модуляции является появление сигналов на так называемой «паразитной» частоте, переходных процессов в полупроводниковых лазерах и увеличение нелинейных искажений оптического сигнала. [1, 6, 7].

Рассмотрим виды линейных кодов, используемых в форматах амплитудной модуляции оптических сигналов [8].

Совместно с ASK применяются двухуровневые и многоуровневые способы линейного кодирования бинарных электрических сигналов. К двухуровневым способам линейного кодирования относят: NRZ ASK (и его модификации NRZ-L; NRZ-M) и RZ ASK (return to zero, с возвращением к нулю). Существует также несколько вариантов линейных кодов RZ: CSRZ (Carrier Suppressed Return to Zero, с подавленной несущей), CRZ (Chirped RZ, чирпированный) и VSB-RZ (однополосный) [1]. К многоуровневым способам кодирования относят: AMI, CMI, HDB3(2), B8ZS, B6Zs, B3ZS и др. Подробно о перечисленных способах линейного кодирования в разделе 1.6.1.

Форматы амплитудной модуляции применяются, как правило, при канальной скорости передачи до 10 Гбит/с. При больших скоростях передачи применяются форматы фазовой и дифференциально-фазовой модуляции оптических сигналов [9].

1.2.2. Обзор форматов фазовой и дифференциально-фазовой модуляции

оптических сигналов

В формате фазовой модуляций (PSK, Phase shift keying) данные кодируются перепадом амплитуды оптического импульса в течение битового интервала. В формате дифференциально-фазовой модуляции (DPSK, Differential Phase Shift

Keying) данные кодируются разностью перепадов амплитуд двух соседних импульсов.

Реализация формата PSK, как правило, предусматривает использование способов линейного кодирования ME, DME и Miller [8]. Подробно о данных способах линейного кодирования в разделе 1.6.2.

Предметом особого внимания становится выбор формата модуляции для сверхвысокоскоростных каналов (выше 10 Гбит/с) волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта [4, 10]. В [11, 12] представлены результаты расчетов характеристик качества передачи, полученных при сочетании линейных кодов RZ с различными форматами PSK: дифференциальной квадратурной, дифференциальной квадратурной и восьмифазной дифференциальной (RZ-DPSK, RZ-QPSK, RZ-DQPSK, RZ-8DPSK). Эти форматы модуляции эффективно противостоят влиянию дисперсии оптических сигналов, а также позволяют вводить в оптическое волокно (ОВ) повышенную мощность оптического сигнала. При этом влияние нелинейных эффектов оптического волокна не сказывается на качестве передачи данных [4].

Сравнительный анализ способов линейного кодирования CRZ, RZ и NRZ, проведенный в [13], показал, что наименее подвержены воздействию нелинейным эффектам оптического волокна и влиянию хроматической дисперсии сигналы формата CRZ и RZ [4].

Согласно [6] перспективными форматами модуляции для высокоскоростных каналов волоконно-оптических сетей связи (от 10 Гбит/с и выше) являются дифференциальные двух- и четырехуровневые форматы фазовой модуляции (DPSK и DQPSK). Однако из-за сложности технической реализации указанные форматы модуляции в настоящее время имеют ограниченное применение.

Другим перспективным форматом модуляции оптических сигналов является ADPSK (Amplitude Differential Phase Shift Keying). Сигналы,

полученные с применением формата модуляции АОРБК, менее подвержены влияниям нелинейных эффектов оптического волокна и помехам [6].

1.3. Модель аналитического описания временных параметров импульсов в

цифровом сигнале

Определим набор возможных вариантов формирования однополярных оптических импульсов в цифровом сигнале, которые назовем элементарными посылками. Под элементарной посылкой будем понимать временной промежуток, равный длительности тактового интервала, в течение которого происходит кодирование одного бита первичного цифрового сигнала.

В цифровых каналах передачи волоконно-оптических сетей связи возможно применение четырех типов элементарных посылок (рисунок 1.1) [16].

52Ш Б3(Н Б ¿И

_ , 'и

1 - I 1

А шшшшш жш УУ/У/УУ/У/ ШШУ,

'ип ^ти 'из 'ип 'из 1ип 'ти *из 1 ! ^ти

а) 5) 6) г)

Рисунок 1.1. Временные диаграммы видов элементарных посылок,

применимых в цифровых каналах волоконно-оптических сетей связи -

На рисунке 1.1 использованы следующие обозначения: А - амплитуда единичного импульса; - длительность тактового интервала; - длительность единичного импульса; 1и„ - момент появления переднего фронта единичного импульса; ^ - момент появления заднего фронта единичного импульса.

Физическим представлением логической единицы в канале связи является наличие оптического сигнала в ОВ, а логического нуля - отсутствие оптического сигнала.

Предложены аналитические выражения для описания временных параметров приведенных выше элементарных посылок:

8^) = А-при 0<1<1ти,

52(0 =

А-при О —при

О-при

1ип

*из — * < *ти

О <г<1

ип

А - при гип < / < /]

ш

/им

(1.1) (1.2)

(1.3)

(1.4)

Указанные выражения будут использованы в моделях расчета амплитудного спектра и спектральной плотности мощности цифровых тестовых сигналов (глава 2).

1.4. Обзор основных параметров и свойств линейных кодов в каналах волоконно-оптических сетей связи

Для аналитического описания и сравнения способов линейного кодирования необходимо произвести обзор основных параметров и свойств линейных кодов. Поскольку в каналах передачи волоконно-оптических сетей связи сигналом-переносчиком данных являются оптические импульсы, то мгновенная мощность оптических импульсов может принимать только положительные или нулевые значения. К способам линейного кодирования, применяемым в каналах передачи волоконно-оптических сетей связи, предъявляются следующие требования [16]:

- ширина полосы частот спектральной плотности мощности (СПМ) сигнала должна быть узкой, так как при этом снижается мощность шума, воздействующего на сигнал;

- характеристика СПМ цифрового сигнала должна иметь низкий уровень мощности в области тактовой и кратных тактовым частотам;

- основная доля мощности оптического сигнала должна быть сосредоточена в части СПМ, входящей в полосу пропускания канала передачи;

- в линейном сигнале должна быть обеспечена по возможности сбалансированность цифрового потока по числу единичных и нулевых импульсов;

- ограничение длины блоков импульсов одной полярности для снижения эффекта джиттера тактового сигнала на приемном конце;

- линейный код должен вводить информационную избыточность в цифровой поток для возможности обнаружения и устранения битовых ошибок.

Выделим следующие параметры СПМ электрических и оптических сигналов, по которым в последующих разделах будет осуществляться сравнение способов линейного кодирования [17].

Ширина полосы СПМ сигнала AFC согласно рекомендациям МСЭ-Р SM.853, F.1191-3 рассчитывается из условия 99% величины от полной мощности сигнала Рсп в полосе частот сигнала[18,19].

Полная мощность сигнала Рсп> определяемая согласно теореме Парсеваля по формуле [20, 21]:

(N-1)

Рсп= I/>(//), мВт, (1.5)

/=0

где: P(fi) - мощность i-й спектральной составляющей сигнала на частоте/, мВт, N- количество спектральных составляющих сигнала.

Абсолютное значение полной мощности сигнала в главном лепестке СПМ Рс.

Г N

,Pcn = IiP{fi)^defl<fi<fq i=1 ' fi^Fm

Fm - тактовая частота сигнала, Гц.

1.5. Обзор и анализ способов линейного кодирования первичных цифровых

тестовых сигналов

1.5.1. Обзор и анализ способов линейного кодирования первичных цифровых сигналов при использовании формата амплитудной модуляции

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кашин, Дмитрий Игоревич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Величко, М. А. Новые форматы модуляции в оптических системах связи [Текст] / М. А. Величко, О. Е. Наний, А. А. Сусьян // Lightwave Russian Edition. -2005. -No 4- С. 21-23.

2. Winzer, P.J. Advanced optical modulation formats [Текст] / P.J. Winzer, R.J. Wssiambre // ECOC-IOOC 2003 Proceedings - Римини - 2003. - №4 - С. 1002-1003

3. Kaminow, I.P. Optical Fiber Telecommunications V В Systems and networks Elsevier [Текст] / P. I. Kaminow, L. Tingye, A.E. Willner - 2008. - 450 c.

4. Слепов, H.H. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы [Текст]: сб. статей / под ред. С.А. Дмитриева, H.H. Слепова - М.: Техносфера, 2010. - 608 с.

5. Наний, O.E. Оптические передатчики [Текст] / O.E. Наний // Lightwave Russian Edition. - 2003. - №2. - С.48-51.

6. Гуркин, H.B. Системы DWDM нового поколения [Текст] / Н.В. Гуркин, O.E. Наний, А.Г. Новиков, В.Н. Трещиков // Вестник связи. - 2012. - №5. - С. 39-40.

7. Трещиков, В.Н. Российские разработки высокоскоростных DWDM-систем связи [Текст] / В.Н. Трещиков // Технологии и средства связи. - 2011. - №2. - С. 8. ~

8. Гордиенко, В.Н. Многоканальные телекоммуникационные системы [Текст]: Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, М.С. Тверецкий - М.: Горячая линия-Телеком, 2013.-396 с.

9. Гуркин, Н.В. Передача DWDM- сигнала [Текст] / Н.В. Гуркин, O.E. Наний, А.Г. Новиков, В.Н. Трещиков // Вестник связи. - 2012. - №8. - С. 25-27.

10. Слепов, H.H. Системы SDH уровня STM-1024: Эксперименты или реальность? [Текст] / H.H. Слепов // Первая миля. - 2009. - №3/4. - С. 24-30.

11. Herbst, S. Next generation Optical network for Broadband European Leadership [электронный ресурс] / S. Herbst // IST IP NOBEL Phase 2 - 2008. - C. 232. Режим доступа:

http://www.ist-

world.org/ProjectDetails.aspx?ProjectId=301b43110a214460b410a036c24bb4d7&Sour ceDatabaseId=7cff9226e582440894200b751bab883f

12. Weisser, S. 170 Gbit/s Single-Polarization Transmission over 650 km SSMF with 130 km Spans Using RZ-DPSK [электронный ресурс] / S. Weisser, L. Raddatz, A. Benz, S. Ferber, C. Boerner, R. Ludwig, H. Weber // Optical Fiber Communication Conference and Exposition and The National Fiber Optic Engineers Conference - 2005. - режим доступа:

http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm7URbOFC-2005-OFF4

13. Bakhshi, В. Comparison of CRZ, RZ and NRZ modulation formats in a 64x12.3 Gb/s WDM transmission experiment over 9000 km [электронный ресурс] / В. Bakhshi, M. Vaa, E. A. Golovchenko, W. W. Patterson, R. L. Maybach, and N. S. Bergano - 2001. - режим доступа:

http://ww w.opticsinfobase.org/abstract.cfm?uri=OFC-2001-WF4

14. Гуркин, H.B. Производительность когерентных DWDM-систем с канальной скоростью 100 Гбит/с [Текст] / Н.В. Гуркин, О.Е. Наний, В.Н. Трещиков, P.P. Убайдуллаев // Вестник связи. - 2013. - №1. - С. 39-40.

15. Гуркин, Н.В. Производительность когерентных DWDM-систем с канальной скоростью 100 Гбит/с. (окончание) [Текст] / Н.В. Гуркин, О.Е. Наний, В.Н. Трещиков, P.P. Убайдуллаев // Вестник связи. - 2013. - №2. - С.40-42.

16. Гроднев И.И. Волоконно-оптические системы передачи и кабели: справочник. [Текст] / И.И. Гроднев, А.Г. Мурадян, P.M. Шарафутдинов и др. - М.: Радио и связь, 1993. - 264 с.

17. Прахов, В.И. Спектры сигналов с цифровым кодированием [Текст] / В.И. Прахов - М.: Издательство «Спутник+», 2011. - 452 с.

18. Рекомендация МСЭ-Р SM.853. Necessary bandwidth (10.97).

19. Рекомендация МСЭ-Р F.1191-3. Necessary and occupied bandwidths and unwanted emissions of digital fixed service systems (05.11)

20. Рудин, У. Основы математического анализа [Текст] / У.Рудин пер. с англ. В.П. Хавина. - Изд. 3-е, стер. Изд. 4-е, стер. - М.: Издательство «Мир», 1976. - 319 с.

21. Рабинер, JI. Теория и применение цифровой обработки сигналов [Текст] / Л. Рабинер, Б. Гоулд - М.: «Мир», 1978. - 848 с.

22. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов 4-е изд. [Текст] / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер - СПб.: Питер, 2011.-608 с.

23. Рекомендация МСЭ-Т G.701. Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces (11.01).

24. Рекомендация МСЭ-Т G.703. Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces (1.01)

25. Рекомендация МСЭ-Т 0.150. General requirements for instrumentation for performance measurements on digital transmission equipment (05.96).

26. Бакланов, И.Г. Методы измерений в системах связи [Текст] / И.Г. Бакланов. -М.: Эко-Трендз, 1999. - 195 с.

27. Бакланов, И.Г. Тестирование и диагностика систем связи [Текст] / И.Г. Бакланов. 22- М.: Эко-Трендз, 2001. - 268 с.

28. Рекомендация МСЭ-Т 0.151. Error performance measuring equipment operating at the primary rate and above (10.92).

29. Рекомендация МСЭ-Т 0.152. Error performance measuring equipment for bit rates i of 64 kbit/s and N x 64 kbit/s (10.92).

30. Рекомендация МСЭ-Т 0.153. Basic parameters for the measurement of error performance at bit rates below the primary rate (10.92).

31. Redd, J. Spectral content of NRZ test patterns [Текст] / J. Redd, C. Lyon. - EDN Magazine - 2004. - C. 10-14.

32. Голд Б. Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов [Текст] / Б. Голд, Ч. Рэйдер (пер. с англ., под ред. А. М. Трахтмана) - М., "Сов. радио", 1973 - 368 с.

33. Скляр, Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. [Текст] / Б. Скляр - 2-е изд., испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 1104 с.

34. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы [Текст]: Учебник для вузов. / И.С. Гоноровский - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986. -513 с.

35. Сато Ю. Без паники! Цифровая обработка сигналов [Текст] / Ю. Сато (пер. с яп. Селиной Т.Г.) - М.: Додэка-ХХ1, 2010. - 178 с.

36. Сато, Ю. Обработка сигналов. Первое знакомство [Текст] / Ю.Сато - М.: Додэка-ХХ1, 1999. - 175 с.

37. Солонина, А.И. Основы цифровой обработки сигналов. Курс лекций [Текст] / А.И. Солонина, Д.А. Улахович, С.М. Арбузов, Е.Б. Соловьева. - 2-е изд. испр. и перераб. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 768 с.

38. Кестер, У. Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов [Текст] /У. Кестер (пер. с англ.) - М.: Техносфера, 2010. - 328 с.

39. Кашин, Д.И. Методика определения спектров первичных и вторичных сигналов [Текст] /Д.И. Кашин // Научно-практическая конференция Неделя науки

- 2013 «Наука МИИТа - транспорту»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2013.-С. III-6.

40. Кашин, Д.И. Моделирование и изучение процессов формирования спектров электрических и оптических сигналов в каналах связи современных цифровых систем передачи [Текст] / H.A. Казанский, Д.И. Кашин // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2013. - №4. - С. 47.

41. Кашин, Д.И. Моделирование кодированных бинарных сигналов [Текст] /H.A. Казанский, Д.И. Кашин // 13-я научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2012. - С. XIV-169

- XIV-170.

42. Кашин, Д.И. Расчет спектров цифровых электросигналов [Текст] /Д.И. Кашин // Мир транспорта, №2,2014. - С. 90-97.

43. Рекомендация МСЭ-Т G.691. Оптические интерфейсы для одноканальных STM-64 и других систем СЦИ с оптическими усилителями (03.06)

44. Айхлер, Ю. Лазеры. Исполнение, управление, применение [Текст] / Ю. Айхлер, Г.-И. Айхлер (пер. с нем. Л. Н. Казанцевой) - М. : Техносфера, 2008. -438 с.

45. Белов, К.Н. Уменьшение ширины спектра излучения лазеров с прямой модуляцией [Текст] / К.Н. Белов, O.E. Наний // Lightwave Russian Edition. - 2003. - № 1 - С. 9.

46. Фриман, Р. Волоконно-оптические системы связи: монография [Текст] / Р. Фриман (пер. с англ. под ред. H.H. Слепова) - М.: Техносфера, 2003. - 447 с.

47. Павлова, Е.Г. Форма и длительность оптических импульсов [Текст] / Е.Г. Павлова // Lightwave Russian Edition - 2008. - №1 - С. 55-56.

48. Татаркина, O.A. Волоконно-оптические системы передачи: Конспект лекций [Текст] / O.A. Татаркина - Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2008. -160 с.

49. ГОСТ Р ИСО 13695-2010. Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений спектральных характеристик лазеров. - Введ. 201110-01. - М.: Стандартинформ, 2011. - С.41.

50. Тепляков, И.М. Радиосистемы передачи информации: учеб. пособие для радиотехн. специальностей вузов [Текст] / И. М. Тепляков, Б.В. Рощин, А.И. — Фомин, В.А. Вейцель; под ред. И. М. Теплякова. - М. : Радио и связь, 1982. - 263

с.

51. Кашин, Д.И. Моделирование структуры спектров оптических сигналов [Текст] / Д.И. Кашин // Системы управления и информационные технологии. -2014-№1(55).-С. 95-98

52. Кашин, Д.И. Расчет спектров модулированных оптических сигналов [Текст] / Д.И. Кашин // Автоматика, связь, информатика. - 2014 - №4. - С. 24-26

53. Кашин, Д.И. Методика расчета энергетических характеристик оптических сигналов [Текст] / Д.И. Кашин // Научно-практическая конференция Неделя науки -2012 «Наука МИИТа - транспорту»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2012. - С. III-64.

54. Кашин, Д.И. Методика расчета спектральных характеристик оптических сигналов [Текст] / Д.И. Кашин, Ю.А. Климов // Научно-практическая конференция Неделя науки - 2012 «Наука МИИТа - транспорту»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2012. - С. III-64 -111-65.

55. Кашин, Д.И. Расчет энергетических характеристик модулированных оптических сигналов [Текст] / Д.И. Кашин, Е.В. Матикова // Научно-практическая конференция Неделя науки - 2013 «Наука МИИТа - транспорту»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). -М., 2013. - С. III-9.

56. Кашин, Д.И. Метод расчета спектральных характеристик оптических модулированных сигналов [Текст] / Н.А. Казанский, Д.И. Кашин // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2012. - №4. - С. 111-62.

57. Рекомендация МСЭ-Т G.692. Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiers (10.98)

58. Рекомендация МСЭ-Т G.957. Optical interfaces for equipments and systems relating to the synchronous digital hierarchy (03.06).

59. Семенов, А.Б. Волоконно-оптические подсистемы современных СКС [Текст] / Семенов А.Б. - М.: Академия Ай Ти; ДМК Пресс, 2006. - 632 с.

60. Песков С.Н. Нелинейные искажения в волоконно-оптических кабелях [Текст] / С.Н. Песков, А.И. Барг, И.А. Колпаков- «Телеспутник», 2005. - №10 - С. 66-70.

61. Жирар, А. Руководство по технологии и тестированию систем WDM [Текст] /А. Жирар (пер. с англ. под ред. А.М. Бродниковского, Р.Р. Убайдуллаева, А.В. Шмалько) // M.: EXFO - 2001. - 264 с.

62. Агравал, Г. Нелинейная волоконная оптика [Текст] /Г. Ахравал (пер. с англ. под ред. П.В. Мамышева) // М.: Мир - 1996. - 324 с.

63. Кашин, Д.И. Перспективы использования новых оптических волокон в сетях связи [Текст] / Д.И. Кашин // 12-я научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2011.-С. VIII-1.

64. Листвин, А.В. Оптические волокна для линий связи [Текст] / А.В. Листвин, В.Н. Листвин, Д.В. Швырков // М.: ЛЕСАРарт, 2003. - 187 с.

65. Каток, В. Одномодовые световоды: разнообразие стандартов. Часть 1 [электронный ресурс] / В. Каток, А. Ковтун. - Сети и телекоммуникации - 2006. -№12. Режим доступа:

http://daily.sec.ru/2007/09/14/V-Katok-A-Kovtun-Odnomodovie-svetovodi-raznoobrazie-standartov-CHast-1 .html

66. Каток, В. Одномодовые световоды: разнообразие стандартов. Часть 2 [электронный ресурс] / В. Каток, А. Ковтун. - Сети и телекоммуникации. - 2007. -№1. Режим доступа:

http://daily.sec.ru/2007/09/17/V-Katok-A-Kovtun-Odnomodovie-svetovodi-raznoobrazie-standartov-CHast-2.html

67. Листвин, А.В. Рефлектометрия оптических волокон [Текст] / А.В. Листвин, В.Н. Листвин - М.: ЛЕСАРарт - 2008. - 208 с.

68. Зубилевич, А.Л. К вопросу о выборе оптических волокон [Текст] / А.Л. Зубилевич, В.А. Колесников // T-Comm - 2010. - №8. - С. 7-9.

69. Рекомендация МСЭ-Т G.652. Characteristics of a single-mode optical fibre and cable (11/09).

70. Рекомендация МСЭ-Т G.653. Characteristics of a dispersion-shifted, single-mode optical fibre and cable (07/10).

71. Рекомендация МСЭ-Т G.654. Characteristics of a cut-off shifted single-mode optical fibre and cable (10.12).

72. Рекомендация МСЭ-Т G.655. Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fibre and cable (11.09).

73. Рекомендация МСЭ-Т G.651.1. Characteristics of a 50/125 pm multimode graded index optical fibre cable for the optical access network (07.07).

74. Ереминский, Д.Е. Влияние оптической среды на показатели качества передачи в телекоммуникационных системах с плотным волновым мультиплексированием [Текст]: дис. ... канд. тех. наук: 05.13.17 / Ереминский Дмитрий Евгеньевич. -М., 2007. - 160 с.

75. Кашин, Д.И. Методика определения влияния оптической среды на спектр сигнала [Текст] / Д.И. Кашин, Е.А. Юдина // Научно-практическая конференция Неделя науки - 2013 «Наука МИИТа - транспорту»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2013. - С. III-13 - III-14.

76. Слепов, H.H. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи [Текст] / H.H. Слепов. - М.: Радио и связь, 2000. - 468 с.

77. Семенов, А.Б. Волоконно-оптические подсистемы современных СКС [Текст] / Семенов А.Б. - М.: Академия АйТи; ДМК Пресс, 2007. - 632 с.

78. Убайдуллаев, P.P. Волоконно-оптические сети [Текст] / P.P. Убайдуллаев - М: Эко-трендз. - 2001. - 267 с.

79. Шевцов, Э.А. Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи [Текст] / Э.А. Шевцов, М.Е. Белкин. - М.: Радио и связь - 1992. - 224 с.

80. Никульский, И.Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа [Текст] / И.Е. Никульский - М.: Техносфера, 2006. - 256 с.

81. Убайдуллаев, P.P. Протяженные BOJIC на основе EDFA [Текст] / P.P. Убайдуллаев // Lightwave russian edition. - 2003. - №1. - С. 22-28.

82. Колпаков, И.А. Выбор оптического передатчика по критерию шумовых параметров [Текст] / И.А. Колпаков, С.Н. Песков, О.И. Васькин // Информост. - ~ 2005. - №3. - С. 45-47.

83. Колпаков, И.А. Критерий выбора оптических передатчиков для HFC-сетей, [электронный ресурс] / И.А. Колпаков, С.Н. Песков // Кабельщик. - 2007. - №11. -режим доступа:

http://www.konturm.ru/helpstat.php?id=stat 131207

84. Стерлинг, Д. Техническое руководство по волоконной оптике [Текст] / Д. Стерлинг (пер. с англ. под ред. М. Кузьмина) - М.: «Лори», 1998. - 195 с.

85. Бурдин, В.А. Расчет глаз-диаграммы канала связи волоконно-оптической системы передачи: Методическая разработка к практическому занятию по курсу «Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах» / В.А. Бурдин, B.C. Баскаков, A.B. Бурдин, А.Л. Косова - Самара: ПГАТИ - 2004. - 24 с.

86. Кашин, Д.И. Влияние форматов модуляции и свойств оптической среды на качество передачи в современных системах связи [Текст] / H.A. Казанский, Д.И. Кашин // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. -2013. - №4. - С. 51.

87. Кашин, Д.И. Оценка качества передачи в каналах современных волоконно-оптических систем связи [Текст] / H.A. Казанский, Д.И. Кашин // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2012.

- №4. - С.47.

88. Кашин, Д.И. Расчет характеристик качества передачи даны при использоавнии различных форматов оптической модуляции [Текст] / H.A. Казанский, С.А. Федосеенков, Д.В. Руденко, Д.И. Кашин // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2011. - №5. - С.45.

89. Кашин, Д.И. Влияние спектральных характеристик оптических сигналов на качество передачи данных [Текст] / H.A. Казанский, Д.И. Кашин// Информатизация и связь, №1,2014. - С. 55-57.

90. Кашин, Д.И. Расчет характеристик качества в волоконно-оптических сетях связи [Текст] / Д.И. Кашин // 14-я научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2013.-С. 18.

91. Иванов, А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения [Текст] / А.Б. Иванов - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС - 1999. - 663 с.

92. Кашин, Д.И. Оценка качества передачи в каналах современных волоконно-оптических систем связи [Текст] / H.A. Казанский, Д.И. Кашин // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2012.

- №5. - С. 38-41.

93. Кашин, Д.И. Расчет характеристик качества в волоконно-оптических сетях связи [Текст] / Д.И. Кашин // 14-я научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов»: сборник трудов / МГУ ПС (МИИТ). - М., 2013.-С. 18.

94. Редд, Дж. Особенности измерения коэффициента ошибок [Текст] / Дж. Редд // Lightwave russian edition - 2005. - №1. - С. 40-42.

95. Плаксин, С.О. Оптимизация порога принятия решений в оптических системах связи [Текст] / С.О. Плаксин, О.Е. Наний, А.Г. Новиков, А.А. Репкин, В.Н. Трещиков, P.P. Убайдуллаев // T-Comm - 2011. - №6. - С. 31-33.

96. Рекомендация МСЭ-Т G.821. Error performance of an international digital connection operating at a bit rate below the primary rate and forming part of an Integrated Services Digital Network (12.02).

97. Рекомендация МСЭ-Т G.826. End-to-end error performance parameters and objectives for international, constant bit-rate digital paths and connections (12.02).

98. Рекомендация МСЭ-Т G.828. Error performance parameters and objectives for international, constant bit-rate synchronous digital paths (03.00).

99 Рекомендация МСЭ-Т M.2100. Performance limits for bringing-into-service and maintenance of international multi-operator PDH paths and connections (04.03). 100. Рекомендация МСЭ-Т M.2110. Bringing into service international multi-operator paths, sections and transmission systems (07.02).

ПРИЛОЖЕНИЕ А Основной расчетный модуль программы

get_dBm(mVt) :=

Result О

«10

return -1-10 if (0 = mVt) v (0 > mVt) Result 10-log^y^j

Result

get_spm_in_dBm(spm_in_mVt) :=

с := 2997924583 м/с2 get_lambda(frequency) :=

Result 0

Index_end AiHHa(spm_in_mVt) - 1 for ie 0.. Index_end

Result, i--MO10 if (spmJn_mVt. = Oj

Result. get_dВ m ^spm_in_mVt.j otherwise

Result

dBm

get_mVt(dBm) := MO 10 get_spm_in_mVt(spm_in_dBm) :=

Result <r- 0

return 0 if 0 = spm_in_dBm Index_end ,wiHHa(spm_in_dBm) - 1 for ie 0.. Index_end

Result. <- 0 if ^spm_in_dBm. = Oj

Result. <— get_mVt^spm_in_dBm.j otherwise

Result

frequency

get_frequency( lambda) :=

lambda

get_signal_total_power(spm) :=

result <r- 0

return 0 if spm = 0

wnma(spm)-l ^spm.j1

result <— result

I

i =0

PERCENT_FOR_SIGNAL_SPECTRUM_EVALUATION := 99 Процент мощности, относительно которой

рассчитывается значение ширины полосы энергетического спектра оптического сигнала

Выбор скорости передачи данных

Вк_гаГе_25_ОЬк_рег_зес := 2.5-10

9

Вк_га1е_10_СЫ1_рег_5ес := 10-10

9

Ви_га1е_40_СЬи_рег_5ес := 40-10

В := Вк_га1е_25_СЬк_рег_5сс бит/с - скорость передачи данных

Характеристики импульса

"П •= — с - длительность импульса

В

ВЖаЮ := В

Логические состояния

Бинарная передача Р0 := 0 - логический ноль Р1 := 1 - логическая единица

Троичная (квазитроичная) передача Р0_3>1 := 0.5 - логический ноль

Р1р1иБ := 1 Р1 тишБ := 0

- логические единицы

ПАРАМЕТРЫ БИНАРНОЙ ПОСЛЕДОВ А ТЕЛЬНОСТИ

Генератор псевдослучайных последовательностей prbs_generate(l, r1, r2) := register

prbs

flag <- о

for ie 0..(R1 - 1)

(register. 0)

registerr1_1 1

Length 2 - 1

Length <- L_REAL_PRBS

for ie 0..(Length - 1)

PRBS. <— REGISTER,, , l Rl-1

FLAG 1 if |REGISTERR1_1 = Oj a ^REGISTERR2_1

FLAG 1 if (REGISTERR1_j = lj a (REGISTER

memory <— 1 if FLAG = 1 0 otherwise

FLAG 0

for je (R1 - 1),(R1 -2).. 1

REGISTER. <- REGISTER. , J J-l

REGISTERQ memory

R2-1

= 0)

PRBS

GET_PRBS_SAMPLE(sequence, n_elements, n_shift) := result 0

к 0

for i e (0 + n_shift).. (n_elements + n_shift — 1) result^ sequence^

к k+ 1 result

n_elements := N_ELEMENTS_PRBS n_shift := N_ELEMENTS_SHIFT_PRBS

PRBS_IMPL_5_9 := GET_PRBS_SAMPLE(PRBS_GENERATE(9,9,5), n_elements, n_shift) PRBS_IMPL_11_9 := GET_PRBS_SAMPLE(PRBS_GENERATE( 11,11,9), n_elements, n_shift) PRBS_IMPL_15_14 := GET_PRBS_SAMPLE(PRBS_GENERATE( 15,15,14),n_elements,n_shift) PRBS_IMPL_20_17 := GET_PRBS_SAMPLE(PRBS_GENERATE(20,20,17),n_elements,n_shift) PRBS_IMPL_20_3 := GET_PRBS_SAMPLE(PRBS_GENERATE(20,20,3),n_elements,n_shift) PRBS_IMPL_23_18 := GET_PRBS_S AMPLE(PRBS_GENERATE(23,23,18),n_elements,n_shift) PRBS_IMPL_29_27 := GET_PRBS_SAMPLE(PRBS_GENERATE(29,29,27),n_elements,n_shift) PRBS_IMPL_31_28 := GET_PRBS_SAMPLE(PRBS_GENERATE(31,31,28), n_elemcnts, n_shift)

фиксированные тестовые последовательности Lmeandr.- 2

1е$1Меапс1г := Тестовая после D <- 0 for ie С D. <г-1 D дователь ...(Lmeandr - 1) 1 «(i—Ш 0 otherwise ность одна логическая единииа на три бита

Тестовая после D <— 0 for ie 0...(2) D. 11 if ((i = 0)) 10 otherwise D довательность один логический ноль на три бита

Тестовая после D 0 for ie 0...(2) D.<- |0 if ((i=0)) 11 otherwise D довательность одна логическая единица на четыре бита

йвМ^Ы := Тестовая после D 0 for ie ( Dj <— D дователь )...(3) 1 if((i=0)) 0 otherwise чость один логический ноль на четыре бита

Тестовая после D <- 0 for ie 0...(3) D.<- |0 if ((i=0)) 11 otherwise D довательность одна логическая единииа на восемь бит

D 0 for ie ( D. <i D )...(7) 1 if ((i=0)) 0 otherwise

Тестовая последовательность один логический ноль на восемь бит

test 0 lto8 := D <- О

for ie 0... (7) D|0 if ((i = 0)) 11 otherwise

D

Тестовая последовательность одна логическая единица на восемь бит (2 вариант)

test_ 1 _ 1 to 8_2 := D 0

for ie 0...(15)

D. l 1 if (i = 1) v (i = 8) 0 otherwise

D

Тестовая последовательность три логические единииы на двадцать четыре бита

test_l_3to24 := D 0

for ie 0...(23)

D. l 1 if [(i = 1) v (i = 5) v (i = 21)] 0 otherwise

D

Тестовая последовательность две логические единицы на восемь бит

test 1 2to8 :=

D 0

for ie 0...(7)

D. <—

1 if t(i = 0) v (i = 4)]

0 otherwise

D

Тестовая последовательность чередующиеся сдвоенные логические единииы и логические тли

testDoubleTol2 := D 0

for ie 0...(11)

D. l 1 if [(i = 2) v (i = 3) v (i = 6) v (i = 7) v (i = 10) v (i = 11)] 0 otherwise

D

Тестовая последовательность одна логическая единица на восемь бит

testOneto8bit := D 0

for ie 0... (15)

D. l 1 if [(i = 1) v (i = 8)]

0 otherwise

D

Тестовая последовательность один логический ноль на восемь бит

testOneNullto8bits :=

D <— 0

for ie 0...(7)

D.

0 if((i=0)) 1 otherwise

D

Тестовая последовательность два логических нуля на восемь бит

testTwoNulIto8bits := D 0

for ie 0...(7)

D. |0 if [(i = 0) v (i = 4)]

11 otherwise

D

Массив фиксированных тестовых последовательностей

Тестовые фиксированные последовательности Реализация выборок генератора ПСП

1ез1_0_ИоЗ

_11о8_2

1е8М_2ю8 V 1езМ_31о24 у

initial array frame :=

initial array prbs samples frame :=

f prbs_impl_5_9 л prbs _impl_11_9 prbs_impl_15_14 prbs_impl_20_17 prbs_impl_20_3 prbs_impl_23_18 prbs_impl_29_27 vprbs_impl_31_28y

initial_array_frameframe

initial array prbs samples frame,

frame

выбор структуры сигнала Initial := PRBS_IMPL_29_27

/Lv;= JxniiHa(Initial) бит - количество бит в последовательности g

deltaF •= — Гц - расстояние между двумя соседними спектральными составляющими

L

СПОСОБЫ ЛИНЕЙНОГО КОДИРОВАНИЯ

Способы линейного кодирования, реализующие амплитудную модуляцию

Способ линейного кодирования N112

1пШа1 Б О

¡е 0...(Ь- 1)

Б.

Б. 1

РО [{ 1пШа1. = О 1

Р1 ¡Г 1пШа1. = 1 1

Б

О

Способ линейного кодирования

Codiпg_NRZ_S :=

1шйа1

°Ь-1 - 0 РгеуюивВк <— О {от ¡6 0..(Ь- 1) if (1пШа1. = О)

Способ линейного кодирования ЛТ^-Л/

1пШа1

0

РгеуюивВк <— О й)г ¡е 1..(Ь- 1)

¡Г 1пШа1. = 1 1

Б. Р1 ¡Г (РгеуюшВк = РО) Б. РО if (РгеуюшВк = Р1)

РгеуюиБВк О.

О. <г~ РгеуюивВк К = 0^

Б О

О",

Способ линейного кодирования N112-1

О. Р1 ¡{ (РгеуюивВк = РО) В. РО (РгеуюшВк = Р1)

РгеуюиБВк О.

■ V , )

О. <г- РгеуюизВк ¡Г (1пШа1. = I

( В^ Б О

1пШа1

СЫ^ИЯ^ Coding_NRZ_S0 В О

fог ¡е 0..(Ь- 1)

О. Р1 ¡Г = РО)

аРО 1{ (сош^т^. = Р1|

Гв^ в о

Способ линейного кодирования АМ1

СосНп&_АМ1_ор1 :=

СосНп^АМ! :=

Б О

РгеуюшВк <г- Р1ттиз йэг 0...(Ь- 1)

Б. РО 3 М ¡Г 1пШа1. = О 1 -- 1

(1пШа1. = 1)

Б. Р1р1из ¡Г (РгеуюивВ^ = Р1т1пия) а «- Р1 пи'пиз 1Т (РгеуюшВк = Р]р1ш) РгеуюивВк Р1р1из ^Б. = Р1р1из| РгеуюизВк Р1ттш ¡Г ^Б. = Р1ттиз|

Б О

Способ линейного кодирования СМ1

Со<1т&_СМ1 :=

1пШа1 Б <— О

РгеуюиэВи <г- РО Йэг ¡е 0...(Ь- 1)

¡Г 1пМа1. = О 1

К. <- РО 1

Б Р1

if (1пШа1. = 1

if РгеуюивВк - РО

Я. Р1

I

а Р1 1

¡Г РгеуюивВк = Р1 Я. РО

а <- ро 1

РгеуюиэВк • РгеуюивВи ■

Р1 (0; = Р1) РО ¡Г (Б. = РО)

Я

Б

Л 2

№

1пШа1 Б О

РгеуюшВи РО Аэг ¡е 0...(Ь- 1)

Б. РО ¡5 1пШа1 = О 1 1

Я.

РО if 1пШа1. - О 1

if РгеуюивВк = РО

Я. РО 1

Б. Р1 1

¡Г (РгеуюизВк = Р1)

Я. <-Р1 1

Б. «- РО 1

РгеуюивВк Р1 ¡Г (Б. = Р1 РгеуимкВк <- РО ¡Г (Б. = РО

Г К л

Б

Л 2

чТ«у

Способы линейного кодирования со вставками Алгоритм Формирования трехуровневого кода HDB3 Coding_HDB3 :=

Initial D 0 D,

О

L-l Nimp О

Lastlmpulse <— PI minus for ie 0..3

D. P0_3_lvl if (initial. = Oj

if (initial. = 1 j

D.<—Plminus if (Lastlmpulse = Plplus)

D. <— Plplus if (Lastlmpulse = PI minus)

Lastlmpulse D.

Nimp <— Nimp + 1 for ie 4..(L — 1)

D. P0_3Jvl if (initial. = 0)

if (Initial. = lj

D. <r~ PI minus if (Lastlmpulse = Plplus)

D. <r- Plplus if (Lastlmpulse = PI minus)

Lastlmpulse <— D.

Nimp Nimp + 1 continue

if (D._3 = P0_3_lvlj л (D._2 = P0_3_lvlj л (D._j = P0_3_lvlj л (D. = P0_3Jvl)

if = flooi^)

if Lastlmpulse = Plminus

D.

i-3

Plplus

D._2 P0_3_lvl

D. ,+-P0 3 lvl l-l --

D. Plplus

if Lastlmpulse = Plplus

D. , Plminus

D. _ P0 3 lvl i-2 --

D.

P0 3 lvl

i-1

D. Plminus

otherwise

if Lastlmpulse = PI minus

D. , PO 3 lvl 1-3 --

D.

i—2

PO 3 lvl

Di_l P0_3_lvl D. PI minus

if Lastlmpulse = PI plus

D.

i-3

D.

i-2

P0_3_lvl PO 3 lvl

D. . PO 3 lvl l-l --

D. PI plus

Nimp <- 0 Lastlmpulse «— D.

( D^ D 0

vTiy

Алгоритм формирования трехуровневого кода HDB2

Coding_HDB_2 :=

Initial D О

°L-1 0 Nimp <- О

Lastlmpulse PI minus for ie 0..2

D. <- P0_3_lvl if (Initial. = 0)

if (Initial. = 1 j

D.<—PI minus if (Lastlmpulse = PI plus)