Разработка и исследование устройств управления передачей информации на тональной частоте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат технических наук Елягин, Сергей Владимирович

• Елягин, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Елягин, Сергей Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

лист

Введение

Актуальность темы

Краткий обзор литературы

Формулировка цели предпринимаемого исследования

Методы исследования

Структура диссертации

Научная новизна, полученных результатов

Практическая ценность, полученных результатов

Положения, выносимые на защиту

Глава 1. Разработка и исследование методов перехода

с двунаправленной линии на однонаправленные

1.1. Постановка задачи

1.1.1 Используемые методы улучшения параметров

дифсистем

1.2. Предлагаемый способ сопряжения

1.2.1. Коэффициент приема

1.2.2. Коэффициент передачи

1.2.3. Коэффициент подавления

Выводы к первой главе

Глава 2. Исследование методов адаптации импульсного устройства сопряжения к импедансу

двунаправленной линии

2.1. Постановка задачи

2.2. Предлагаемый метод адаптации импульсного устройства сопряжения к импедансу

двунаправленной линии

2.2.1. Режим расстройки

2.2.2. Режим разброса сопротивления нагрузки

2.3. Система автоматической подстройки нуля постоянного напряжения просачивания

2.4. Система автоматического регулирования усиления

2.5. Исследование воздействия шума на импульсное устройство сопряжения

2.5.1. Анализ воздействия квазибелого шума

2.5.2. Анализ воздействия импульсной помехи

Выводы ко второй главе

Глава 3. Разработка и исследование метода контроля функционирования импульсного

устройства сопряжения

3.1. Постановка задачи

3.2. Импульсное устройство определения

полного сопротивления

Выводы к третьей главе

Глава 4. Развитие теории двустороннего усиления

сигналов тональной частоты

4.1. Постановка задачи

4.2. Методы осуществления двустороннего усиления

4.2.1. Мостовые схемы без дифференциальных систем

4.2.2. Схемы, осуществляющие переход с двунаправленной линии на однонаправленные участки

4.2.3. Схемы, использующие коммутацию направлений усиления сигналов

4.3. Предлагаемый двусторонний усилитель

Выводы к четвертой главе

Глава 5. Разработка и исследование алгоритма

распознавания частотно-кодированных символов

5.1. Постановка задачи

5.2. Методы решения

5.3. Селективный цифровой фильтр

5.4. Моделирование работы алгоритма

5.5. Критерий принятия решения

5.6. Сравнительный анализ

Выводы к пятой главе

Заключение

Библиографический список использованной литературы

Приложения

Приложение 1. Акт о внедрении импульсного устройства сопряжения двухпроводной линии с

четырехпроводной

Приложение 2. Акт о внедрении двустороннего

усилителя тональной частоты

Приложение 3. Акт о внедрении алгоритма

распознавания двухчастотных посылок

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование устройств управления передачей информации на тональной частоте»

ВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Современные телекоммуникационные сети предоставляют потребителям широкий набор услуг, включая электронную почту, передачу факсимильных и голосовых сообщений, работу с базами данных, службу новостей и телеконференций [1]. Использование крупномасштабных сетей передачи информации общего пользования, построенных на основе электросетей общего пользования обеспечивает доступ к ресурсам сети любым пользователям [1]. Сегодня сети общего пользования обеспечивают надежную передачу данных по низкоскоростным каналам (например, сеть РОСПАК, имеющая статус федеральной сети общего пользования, все узлы сети РОСПАК расположены на предприятиях электросвязи) [1]. В качестве обозначенных каналов широко используются каналы тональной частоты, полоса пропускания которых ограничена диапазоном 300-3400 Гц [2]. Следовательно, полоса передаваемых сигналов также ограничена этим диапазоном.

Эксплуатация сетевого оборудования предполагает обязательное наличие систем управления ресурсами сети [3]. Задача систем управления передачей потоков информации по телекоммуникационным сетям заключается в поддержании функционирования сети связи в целом и ее отдельных элементов с целью предоставления потребителю услуг с заданным качеством и надежностью [3, 4].

Одной из задач системы управления является управление элементами сети (например, коммутатор) [3]. Коммутатор устанавливает соединение между сетевыми элементами, в качестве которых выступают индивидуальные рабочие места. Система управления распознает сетевые элементы и отрабатывает их запросы. На основе сиг-

налов управления система управления воздействует на коммутатор и обеспечивает потребителям доступ к ресурсам сети.

Построение телекоммуникационной сети на основе сети электросвязи приводит к тому, что роль коммутатора выполняет коммутационное оборудование узла электросвязи. Поскольку коммутация и дальнейшая передача информации осуществляется по однонаправленным трактам, то при работе с сетевыми элементами, использующими двунаправленный интерфейс, необходимо применение адаптера перехода с двунаправленных каналов на однонаправленные [5].

С учетом сказанного, обобщенная структурная схема системы управления приведена на рис.1. Наличие устройства перехода с двунаправленной линии на однонаправленные приводит к искажению сигнала обратного канала из-за наличия паразитного сигнала просачивания из прямого канала, что характерно для устройств данного класса [5, 6]. Устройство управления производит декодирование управляющих сигналов сетевых элементов, причем сигналы поступают по обратному каналу и, следовательно, подвергаются искажениям. Причем искажения обусловлены устройством сопряжения и каналами передачи. Таким образом, возможно ложное срабатывание устройства управления и ошибочная коммутация.

Кроме управления сетевыми элементами, система управления обеспечивает контроль их функционирования [3]. Данное обстоятельство напрямую связано с областью исследования специальности 05.13.05. Следовательно, необходимо обеспечить контроль функционирования устройств сопряжения. Качество работы, которых во многом определяется стабильностью параметров каналов тональной частоты. Каналы тональной частоты характеризуются большим разбросом параметров, который обусловлен существованием широкого класса линий связи, а также их протяженностью [5]. Наличие

Рис. 1. Обобщенная структура системы управления передачей информации

указанного контроля позволяет косвенным образом осуществить проверку двунаправленной линии на соответствие ее параметров.

Следовательно, в роли основного фактора, влияющего на качество работы устройства управления, выступает разброс параметров каналов тональной частоты.

Таким образом, тема данной работы, посвященная разработке и исследованию устройств управления передачей информации на тональной частоте с целью уменьшения влияния изменений параметров каналов тональной частоты на качество работы систем управления передачей информации, несомненно, является актуальной.

Необходимо отметить два аспекта в разработке и исследовании устройств управления передачей информации на тональной частоте:

1. разработка устройств управления обменом информацией между двунаправленной линией и однонаправленными;

2. разработка алгоритма обработки тональных сигналов управления, претерпевших линейные искажения в каналах тональной частоты.

Краткий обзор литературы

Основная проблема при сопряжении двунаправленной линии с однонаправленными - это подавление сигнала просачивания, который присутствует в обратном канале при передаче в двунаправленную линию сигнала с выхода прямого канала (рис.1). От степени подавления сигнала просачивания зависит правильность распознавания управляющих сигналов устройством управления, а также качество и дальность передачи сигнала. Знание параметров каналов тональной частоты в конкретном случае позволяет произвести соответствующую корректировку параметров передаваемых сигналов с целью оптимизации функционирования. При таком подходе возникает задача измерения параметров и характеристик каналов, что предполагает значительное повышение аппаратных и временных затрат [6]. По-

этому решение поставленной проблемы следует искать в разработке и исследовании устройств и методов обработки сигналов, устойчивых к разбросу параметров каналов тональной частоты. Следует также произвести исследование данных устройств и методов на возможность организации процедуры адаптации к разбросу параметров линий связи. Адаптация предполагает изменение параметров и характеристик устройств в соответствии с параметрами каналов тональной частоты. По изменениям параметров устройств можно произвести обратное противопоставление, позволяющее установить исправность каналов.

В настоящее время устройства сопряжения двунаправленных линий с однонаправленными используют дифференциальные системы, т.е. принцип вычитания синфазных сигналов, с целью получения нулевого сигнала просачивания, образующийся этой разностью [7, 8]. Точная синфазность сигналов достигается при условии равенства импеданса двунаправленной линии и полного сопротивления балансного контура дифсистемы. Качество сопряжения характеризуется коэффициентом подавления сигнала просачивания из прямого канала в обратный канал. Наличие сигнала просачивания обусловлено нарушением синфазности сигналов. Причем коэффициент подавления носит экстремальный характер и меняется от 35 до 10 дБ в рабочем диапазоне частот [6]. Следовательно, применение дифсистем в каналах тональной частоты требует учета разброса их параметров. Поскольку параметры сигнала просачивания зависят от параметров двунаправленной линии, то подавление сигнала просачивания предполагает наличие процедуры коррекции параметров балансного контура в соответствии с импедансом линии [9-11].

Максимальная дальность передачи информации зависит от затухания сигналов в проводах линии связи, которое может быть скомпенсировано применением двустороннего усилителя. Особенностью

устройств двустороннего усиления является зависимость качества их работы от степени разброса параметров линий связи. В настоящее время двусторонние усилители строятся по мостовым схемам и обеспечивают двустороннее усиление до 11 дБ [12] при номинальных параметрах линий.

Разброс параметров каналов тональной частоты, а также наличие участков перехода с двунаправленной линии на однонаправленные, существенно влияют на правильность распознавания переданных по ним управляющих и служебных сигналов. Данные сигналы предназначены для управления процессом коммутации, а также содержат сведения об источнике сигнала, которые необходимы системе управления телекоммуникационной сетью для предоставления источнику дополнительных услуг. В качестве метода, предназначенного для распознавания двухчастотных посылок, используется аппаратная фильтрация сигналов [13] и цифровая обработка с применением спектрального анализа, основанного на дискретном преобразовании Фурье [14, 15].

Формулировка цели предпринимаемого исследования

Целью работы является разработка и исследование устройств управления передачей информации на тональной частоте. Разработка подобных устройств предполагает создание математической модели, связывающей управляемые величины с параметрами линий связи. Для достижения поставленной цели исследования проводились по следующим направлениям:

1. Исследование и развитие метода временного разделения при сопряжении узкополосной двунаправленной линии тональной частоты с однонаправленными;

2. Разработка и исследование математической модели импульсного устройства сопряжения двунаправленной линии с однонаправленными на основе временного разделения;

3. Построение и исследование системы адаптации импульсного устройства сопряжения к разбросу импеданса каналов тональной частоты;

4. Развитие теории двустороннего усилителя тональной частоты на основе разработанной математической модели импульсного устройства сопряжения;

5. Разработка метода контроля функционирования импульсного устройства сопряжения с учетом импеданса канала тональной частоты;

6. 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 при наличии помех.

Методы исследования

Для решения проблемы сопряжения узкополосной двунаправленной линии с однонаправленными, предлагается использование временного разделения, которое при работе на узкополосную нагрузку характеризуется наличием переходных процессов в элементах схемы, осуществляющей сопряжение. Поскольку, в общем случае, схема и нагрузка содержат емкостные и индуктивные элементы, то описание электрической схемы системой уравнений Кирхгофа в операторной форме позволяет учесть начальные условия непосредственно в исходных уравнениях, тем самым упростить процесс анализа схемы. Таким образом, исследование устройства сопряжения производится по методу переменных состояния [16]. Расчет производится для различных режимов работы устройства и при различном входном сопротивлении двунаправленной линии. Затем, на основе полученных результатов, производится построение математической модели и определение основных параметров устройства сопряжения, исполь-

зуя в качестве аргументов параметры элементов устройства сопряжения. Соответствие математической модели экспериментальным наблюдениям проверяется по критерию знаков с использованием статистики Фишера, и по значимости коэффициента корреляции, что позволяет сделать вывод об отсутствии систематической ошибки в полученной модели [17].

На основе, математической модели импульсного устройства сопряжения производится построение и исследование системы адаптации устройства к разбросу параметров линий связи. Кроме того, по результатам теоретического исследования математической модели импульсного устройства сопряжения, производится разработка метода контроля функционирования устройства сопряжения и исправности канала тональной частоты, нагруженного сетевым элементом. На основе теоретических соотношений, полученных при построении системы адаптации, производится построение и исследование двустороннего усилителя тональной частоты.

Разработка и исследование алгоритма распознавания двухчас-тотных посылок производится путем математического моделирования входной многочастотной посылки с различными параметрами образующих ее сигналов и программным распознаванием данной посылки. Поскольку, одним из вариантов использования алгоритма распознавания является применение программного распознавания, то данный вид моделирования позволяет достаточно точно определить характеристики метода.

Таким образом, 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.).

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав основной части и заключения. Первая и вторая главы посвящены разработке и исследованию математической модели импульсного устройства сопряжения в различных режимах работы. На основе полученных результатов производится разработка метода контроля функционирования устройства сопряжения и разработка двустороннего усилителя. Результаты исследований приводятся в третьей и четвертой главах. Пятая глава посвящена разработке и исследованию алгоритма распознавания сигналов, прошедших по каналам тональной частоты и подвергшихся линейным искажениям.

Первая глава. Предложен способ сопряжения узкополосной двунаправленной линии с однонаправленными на основе временного разделения. Составлена и исследована математическая модель импульсного устройства сопряжения в режиме настройки. Обоснована зависимость работы импульсного устройства сопряжения от шага дискретизации.

Вторая глава. Составлена и исследована математическая модель импульсного устройства сопряжения в режиме расстройки и в режиме разброса сопротивления нагрузки. Разработана и исследована система адаптации импульсного устройства сопряжения к импедансу двунаправленной линии. Проведен анализ данной системы на устойчивость к воздействию помех.

Третья глава. На основе математической модели импульсного устройства сопряжения разработан метод контроля функционирования импульсного устройства сопряжения по коэффициенту отражения при работе с конкретной двунаправленной линией.

Четвертая глава. Предложен двусторонний усилитель тональной частоты, который по принципу построения объединяет метод коммутации направления усиления и метод, осуществляющий переход с

двунаправленного участка на однонаправленные. Проведено теоретическое исследование устойчивого усиления двустороннего усилителя при работе с линиями различной протяженности.

Пятая глава. Разработан алгоритм распознавания двухчастотных посылок. Произведен анализ его работы при распознавании двухчастотных посылок с различными параметрами, разным числом уровней квантования и при воздействии помех. Получен критерий принятия решения.

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 импульсного устройства сопряжения 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 импульсного устройства сопряжения по величине коэффициента отражения, которому противопоставляется амплитуда напряжения обратного канала.

На основе математической модели импульсного устройства сопряжения, проведено развитие теории двустороннего усиления сигналов тональной частоты, 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.

Впервые 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, полученных результатов

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 импульсного устройства сопряжения и линий связи;

- двусторонний усилитель ТЧ, позволяющий скомпенсировать затухание сигналов в линиях и обладающий способностью адаптации к параметрам обоих двунаправленных окончаний. Устройство внедрено в опытно-конструкторские разработки.

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.

Положения, выносимые на защиту:

1. 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;

2. На основе анализа разработанной математической модели импульсного устройства сопряжения 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 импульсного устройства сопряжения к активной составляющей сопротивления двунаправленной линии, причем критерием настройки является равенство нулю постоянной составляющей напряжения просачивания. Формирование сигнала, близкого к копии напряжения обратного канала из напряжения прямого канала с последующим их вычитанием, позволяет дополнительно повысить подавление напряжения просачивания, а, следовательно, уменьшить искажения передаваемой информации;

3. Показано, что контроль функционирования импульсного устройства сопряжения осуществляется по величине коэффициента отражения относительно номинального сопротивления, который численно равен амплитуде напряжения обратного канала за вычетом константы при заданном контрольном сигнале прямого канала;

4. Показано, что построение двустороннего усилителя тональной частоты на базе двух импульсных устройств сопряжения и двух односторонних усилителей тональной частоты обеспечивает компенсацию затухания в линиях связи. Разделение направлений передачи осуществляется на частоте дискретизации, а усиление входных сиг-

налов в диапазоне тональных частот. В предлагаемом двустороннем усилителе осуществляется раздельная автоподстройка каждого импульсного устройства сопряжения к соответствующему двунаправленному участку;

5. Показана возможность применения разработанного алгоритма распознавания двухчастотных посылок для спектрального анализа дискретного входного сигнала. Алгоритм определяет амплитуду произвольной спектральной составляющей, выполняя две операции умножения. Решение о наличии в принятой реализации конкретной спектральной составляющей принимается на основе сравнения амплитуды спектральной составляющей с порогом.

Заключение диссертации по теме «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», Елягин, Сергей Владимирович

Результаты исследования внедрены в производстве.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе разработки и исследования устройств управления передачей информации на тональной частоте получены результаты, имеющие как теоретический, так и прикладной характер. Впервые разработан способ сопряжения узкополосной двунаправленной линии с однонаправленными, основанный на временном разделении работы прямого и обратного каналов, дополнительно использующий эффект принудительного создания на входе двунаправленной линии знакопеременного переходного процесса и процедуру интегрирования напряжения в обратном канале. Знакопеременное напряжение переходного процесса достигается путем установки на входе двунаправленной линии последовательного колебательного контура. Теоретическое исследование предложенного способа показало зависимость подавления сигнала просачивания от шага дискретизации. Указанная зависимость носит экстремальный характер, т.е. существует оптимальный шаг дискретизации, при котором коэффициент подавления имеет наибольшее значение. По данному способу разработана математическая модель импульсного устройства сопряжения при оптимальном шаге дискретизации. Математическая модель построена с учетом импеданса двунаправленной линии и параметров ЬС контура. Анализ математической модели показал:

- характер переходного процесса не влияет на процесс сопряжения;

- оптимальный шаг дискретизации определяется активной составляющей импеданса нагрузки и параметрами ЬС контура;

- частота передаваемого сигнала не влияет на величину оптимального шага дискретизации;

- условием сопряжения двунаправленной линии с однонаправленными является превышение активной составляющей сопротивления линии связи характеристического сопротивления колебательного контура.

Разработанная математическая модель импульсного устройства сопряжения является линейной для действующих в ней электрических сигналов. Показано, что напряжение просачивания складывается из реакции ЬС контура на импульсное воздействие и реакции двунаправленной линии на передаваемый сигнал.

Справедливость математической модели импульсного устройства сопряжения при оптимальном шаге дискретизации подтверждается экспериментальными зависимостями, полученными на макете импульсного устройства сопряжения, который разработан на основе предложенного способа. Отклонение экспериментальных данных относительно теоретических значений не превышает 10 %. Новизна предложенного способа подтверждена патентом [95].

Наличие оптимального шага дискретизации позволяет использовать принцип изменения шага дискретизации для адаптации к активной составляющей сопротивления двунаправленной линии связи. Исследование математической модели импульсного устройства сопряжения в режиме расстройки показывает, что режим расстройки сопровождается появлением постоянной составляющей в напряжении просачивания. Знак постоянного напряжения просачивания определяется величиной отклонения шага дискретизации от оптимального значения. Таким образом, равенство нулю постоянной составляющей напряжения просачивания является критерием точной настройки импульсного устройства сопряжения.

Исследована математическая модель импульсного устройства сопряжения в режиме разброса сопротивления нагрузки, т.е. в режиме, отклонения активной составляющей импеданса двунаправленной линии от номинального значения. По результатам анализа математической модели импульсного устройства сопряжения разработана система автоматической подстройки к параметрам каналов тональной частоты. Настройка заключается в изменении шага дискретизации до получения нулевой постоянной составляющей напряжения просачивания. Дополнительное подавление напряжения просачивания осуществляется путем формирования компенсирующего сигнала из напряжения прямого канала с последующим его вычитанием из напряжения обратного канала.

Теоретический анализ системы автоподстройки нуля постоянного напряжения показывает, что воздействие квазибелого шума или импульсной помехи с отношением сигнал-шум не хуже 6 дБ не оказывает влияния на процесс автоподстройки. Наличие шума выражается в уменьшении коэффициента подавления не более чем на 1 дБ.

На основе проведенных теоретических исследований разработано импульсное устройство сопряжения двунаправленной линии с однонаправленными. Новизна устройства подтверждена патентом [96].

Анализ математической модели импульсного устройства сопряжения позволил разработать на ее основе метод контроля функционирования импульсного устройства сопряжения по коэффициенту отражения. Кроме того, данный метод может быть использован для определения полного сопротивления линии. Так, активной составляющей противопоставляется шаг дискретизации, а полному сопротивлению - коэффициент отражения относительно номинального сопротивления. Применение описанного метода стало возможным благодаря тому, что амплитуда напряжения обратного канала за вычетом некоторой константы, равна коэффициенту отражения. Характер сопротивления линии определяется фазовым сдвигом между напряжением обратного канала и выходным напряжением прямого канала. Так, положительный фазовый сдвиг свидетельствует об индуктивном характере сопротивления линии, а отрицательный фазовый сдвиг о емкостном характере. Разработанный метод позволяет определить сопротивление двунаправленной линии на любой рабочей частоте. Проведенные экспериментальные исследования импульсной схемы определения полного сопротивления показывают, что отклонение коэффициента отражения не превышает 10% от теоретического значения.

На основе математической модели импульсного устройства сопряжения разработан двусторонний усилитель сигналов тональной частоты. Предлагаемый двусторонний усилитель по принципу построения объединяет метод коммутации направления усиления и метод, осуществляющий переход с двунаправленного участка на однонаправленные. Двусторонний усилитель построен на базе двух импульсных устройств сопряжения и двух односторонних усилителей тональной частоты, поскольку на образовавшемся четырехпровод-ном участке присутствуют непрерывные сигналы тональной частоты. Односторонние усилители обеспечивают усиление входных сигналов в соответствующем направлении. Разделение направлений передачи входных сигналов производится на частоте дискретизации. Адаптация двустороннего усилителя предполагает раздельную подстройку каждого импульсного устройства к соответствующему участку двунаправленной линии. Теоретический анализ устойчивого усиления двустороннего усилителя при работе на реальные двунаправленные линии показал возможность обеспечения двустороннего усиления сигналов до 16 дБ, при сохранении запаса устойчивости равного 10 дБ. Проведенные экспериментальные исследования двустороннего усилителя подтвердили правильность полученных теоретических результатов.

Для распознавания многочастотных управляющих сигналов разработан алгоритм цифровой обработки сигналов, позволяющий произвести спектральный анализ в ограниченном частотном диапазоне, выполняя две операции умножения для получения амплитуды спектральной составляющей. Алгоритм позволяет определить амплитуду произвольной спектральной составляющей без просчета всех остальных спектральных линий. Исследование работы алгоритма производится путем двадцати четырех кратного распознавания одной комбинации частот при различных фазовых сдвигах.

Распознавание двухчастотной комбинации с однобитным квантованием производится с вероятностью, равной единице, при длительности посылки 20 мс, шаге дискретизации 20 мкс, перекосе амплитуд не более ± 4 дБ, нестабильности частоты не более ± 0.25%. Воздействие шума с отношением сигнал/шум от 18 до 3 дБ или периодической помехи частотой 50 Гц с отношением сигнал/шум от минус 12 до 2 дБ приводит к увеличению допустимого перекоса амплитуд до ± 6.5 дБ и (+8 -г -11) дБ соответственно. Оптимальный шаг дискретизации лежит в интервале от 10 до 20 мкс.

Решение о наличии в принятой реализации конкретной частоты принимается по превышению амплитуды нормированной спектральной составляющей порога Уо=0.252.

Распознавание двухчастотной комбинации с однобайтным квантованием производится с вероятностью, равной единице, при длительности выборки не менее 10 мс, шаге дискретизации не более 167 мкс и перекосе амплитуд не более ± 6 дБ;

По предложенному алгоритму распознавания двухчастотных посылок разработан вариант селективного цифрового фильтра, особенностью которого является наличие задержки появления значения амплитуды спектральной составляющей на выходе фильтра на один период искомой частоты относительно конца входного сигнала.

На основе предложенного способа сопряжения узкополосной двунаправленной линии с однонаправленными разработаны: импульсное устройство сопряжения; двусторонний усилитель тональной частоты; импульсная схема определения полного сопротивления линии. По разработанному алгоритму составлена программа распознавания двухчастотных посылок и схема селективного цифрового фильтра.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Елягин, Сергей Владимирович, 1999 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вишневский В.М. Состояние и перспективы развития информационно-вычислительных сетей в России // Электросвязь. 1998. №7. С.20-23.

2. ГОСТ 21655-87. Единая автоматизированная система связи страны. Каналы ТЧ, предгрупповые, первичные, вторичные и третичные сетевые групповые тракты магистральной первичной сети. Электрические параметры и методы измерений. Издательство стандартов 1988.

3. Гордеев Э.Н. Использование современных технологий в системах управления сетями // Электросвязь. 1998. №7. С. 10-18.

4. Джон Тилл. Управление системой с модемами, работающими по линиям коммутируемой сети общего пользования // Электроника. 1989. №8. С.95-96.

5. Бискер A.C. и др. Городские телефонные кабели: Справочник. 3-е изд., перераб. и доп./ A.C. Брискер, А.Д. Руга, Д.А. Шарле; Под ред. A.C. Брискера. -М.: Радио и связь, 1991.

6. Садовский A.C., Павлова Л.И., Вемян Г.В. Повышение балансного затухания абонентских сетей // Электросвязь. 1976. №11. С.30-34.

7. Лозовой И.А. Параметры каналов тональной частоты аппаратуры с ИКМ. - М.: Радио и связь, 1981.

8. Тарасова Ц.Л., Корнеев A.C. Системы передачи ГТС: Учебник для повышения квалификации рабочих связи на производстве. - М.: Радио и связь, 1981.

9. Патент США 5029203. Устройство предотвращения местного эффекта в телефонном аппарате. МКИ Н04М1/58, 02.07.91.

10. Патент США 5398282. Automatic sidetone selector. МКИ H04M1/00, 14.03.95.

11.Патент США 4996710. Side-tone adjusting system and method for key telephone system establishing a plurel kinds of speaking paths, H04M 1/00, H04M 1/76, H04M 3/56. 26.02.91.

12.KOHO Сэйдзн. Двунаправленный усилитель, использующий элемент с отрицательным сопротивлением. Заявка МКИ H03F3/62, №60-171817. Япония. 05.09.85.

13. Бекренев А.Н., Шиман В.И. Прибор для контроля частотного набора номера телефонных аппаратов // Электросвязь. 1991. №12. С.25.

14. Рабинер Д., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир, 1978.

15. Евсиков М.Ю. Распознавание многочастотных сигналов, передаваемых по цифровым каналам связи // Электросвязь. 1998. №11. С.19-21.

16. Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях. Учебное пособие для вузов. Изд. 4-е, перераб, и дополнен. - М.: Сов. радио, 1975. -320с.

17. Сборник задач по математике для втузов. Специальные курсы; Под ред. A.B. Ефимова. - М.: Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1984. -608с.

18. Лутов М.Ф. и др. Квазиэлектронные АТС /М.Ф.Лутов, М.А.Жарков, П.А.Юнаков. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1988.

19. Дедоборщ В.Г., Жарков М.А. Выделенная цифровая коммутируемая сеть ЕАСС // Электросвязь. 1992. N7.

20. Кузнецов Е.К. Телефонные аппараты. -М., Связьиздат, 1956.

21. ГОСТ 22348-86. Система связи автоматизированная единая. Термины и определения. Издательство стандартов 1987.

22. Устройство связи. АС СССР №1566509, МКИ Н04М09/06. 23.05.90.

23. Гамидов Г.С., Пантелеев В.В. Устройство для разделения трактов приема и передачи в системах дуплексной связи. АС СССР №1732476, МКИ Н04В1/58. 07.05.92.

24. Антонов В.Е. Адаптивная дифсистема. АС СССР №1241488, МКИ Н04В1/58. 30.06.86.

25. Сидоренко В.Я. Дифференциальное устройство для согласования двухпроводного и четырехпроводного трактов. АС СССР №559397, МКИ Н04В1/58. 27.07.77.

26. Мильвидский Р.К., Славин З.Н., Кошелев В.К., Гаткер М.Б. Устройство сопряжения четырехпроводной линии с двухпроводной. АС СССР №1617659, МКИ Н04М09/08. 30.12.90.

27. Патент США №4558185. Subscriber line interface circuit with complex impedance H04B 1/58. 10.12.85

28. Губренко И.М., Кучумов E.B. Телефонные аппараты АТС. -М.: Связь, 1968.

29. Репина О.И. Искажения в телефонном тракте. - М.: Связь, 1978.

30. Попов Н.П., Шинов JI.B., Выгон JI.B., Глушко В.П. Стойка устройств вызова и дифференциальных систем СУВДС // Автоматика, телемеханика и связь. 1996. №11. С.6-9.

31. Вемян Г.В. Передача речи по сетям электросвязи. - М.: Радио и связь, 1985. -272с.

32. Садовский A.C. Балансное затухание и эффективность переходных устройств // Электросвязь. 1978. №11. С.31-35.

33. Цыбулин М.К. Подавление электрического эха в телефонных каналах. -М.: Радио и связь, 1988. -112с.

34. Многоканальные системы передачи: Учебник для вузов/ H.H. Баева, В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын и др.; Под ред. H.H. Баевой и В.Н. Гордиенко. -М.: Радио и связь, 1996. -560с.

35. Губренко И.М. Бестрансформаторные схемы телефонных аппаратов // Электросвязь. 1976. №8. С.25-28.

36. Тарасова Ц.Л., Корнеев A.C. Системы передачи ГТС: Учебник для повышения квалификации рабочих связи на производстве. -М.: Радио и связи, 1981.

37. Сапожков М.А. Защита трактов радио и проводной телефонной связи от помех и шумов. - М.: Связьиздат, 1959.

38. Vth Plenary Assembly-Document N57. Studu group XII-Contribution N152 (Question 19/XII). Studu period 1968-1972. CCITT, Geneva, 1972.

39. Электронная дифсистема для телефонных устройств. Заявка №3917296 ФРГ, МКИ Н04М1/58 // реферативный журнал. 1991. №11.

40. Кравченко Н.Я., Лехмус Г.В. Разговорная часть схемы телефонного аппарата. АС СССР №532969, МКИ Н04М1/58. 31.03.77.

41. Клюев В.И. Частотно-временные преобразования и прием дискретных сигналов в системах связи: -М.: Радио и связь, 1990. -208 с. (Стат. Теория связи. Вып. 32).

42. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства. -М.: Советское радио, 1972. -592с.

43. Основы теории цепей: Учебник для вузов/ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов. - 5-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

44. Теория линейных электрических цепей. Учеб. пособие для радиотех. специальностей вузов. -М.: Высшая школа, 1973.

45. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. Учебник для вузов. -М.: Энергия, 1969 - 424с.

46. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления. Под общ. Ред. Е.А. Санковского. -Мн.: Вышэйш. школа, 1973. -584с.

47. Обоимов А.Я., Украинский А.И. Повышение балансного затухания дифсистем // Электросвязь. 1977. №4. С.60-63.

48. Валеев С.Г. Регрессионное моделирование при обработке наблюдений. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. -272с.

49. Boeckmann; Eduard F. В. Differential receive booster amplifier for telephone instruments United States Patent, H04M1/58, №4718083. Jan. 5, 1988.

50. ГОСТ 7153-85. Аппараты телефонные общего применения. Общие технические условия. (CT СЭВ 1350-78, CT СЭВ 4278-83). Издательство стандартов, 1986.

51. Афанасьев Б.П., Гольдин O.E., Кляцкин И.Г., Пинес Г.Я. Теория линейных электрических цепей. Учеб. пособие для радиотех-нич. специальностей вузов. -М.: Высшая школа, 1973. -592с.

52. Теория автоматического управления. 4.1. Коллектив авторов. Под ред. Проф. A.B. Нетушила. -М.: Высш. школа, 1968. -424с.

53. Теория автоматического управления. 4.1. Теория линейных систем автоматического управления. Под ред. A.A. Воронова. Учеб. пособие для вузов. -М.: Высш. школа, 1977.

54. Первачев C.B., Валуев A.A., Чиликин В.М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. -М.: Сов. радио, 1973. -488с.

55. Радиоприемные устройства. Под ред. Боброва. -М.: Советское радио,1971.

56. Теория электрической связи: Учебник для вузов/ А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; Под ред. Д.Д. Кловско-го. -М.: Радио и связь, 1998. -432с.

57. Соловьев H.H. Основы измерительной техники проводной связи, ч.П. -Л.: Ленсовнархоз, 1957. -460с.

58. Соловьев H.H. Измерительная техника в проводной связи, ч.П. -М.: Связь, 1969. -344с.

59. Грязнов Ю.Н., Сагалович Л.И. Городские телефонные станции. -М.: Высшая школа, 1977.

60. Голиков Е.Е. Двунаправленный усилитель высокочастотных сигналов // Автоматика, телемеханика и связь. 1997. №6. С.27-29.

61. Андрушко О.С., Грачева Т.Н., Цвелодуб В.Г. Модернизированная стойка четырехпроводных и двухпроводных переключений СЧДП-М // Автоматика, телемеханика и связь. 1997. №1. С.9-11.

62. Митюшев С.И., Велигжанин Н.К. Двусторонний усилитель тональной частоты // Автоматика, телемеханика и связь. 1987. N8.

63. Нижегольский Б.А., Олигов Е.В. Двунаправленный усилитель. АС СССР МКИ H03F3/62, № 1170585. 30.07.85.

64. Юнидэн К.К. Двухполюсник с функцией двухсторонней передачи сигналов. Патент МКИ H03F3/62, №60-10808. 21.01.85.

65. Голиков Е.Е. Двусторонний усилитель. АС СССР МКИ H03F3/62, № 2010416. 30.03.94.

66. Ниппон дэнки К.К. Двунаправленный усилитель с подавлением отраженного сигнала. Патент № 61-62217, МКИ H03F3/62, H04B3/23. Япония. 31.03.86.

67. Косака Синьити. Двунаправленный усилитель. Заявка МКИ H04F3/36, Н04ВЗ/20, № 62-242180. Япония. 30.03.89.

68. Ясукава Хироши. Двунаправленный усилитель речевого сигнала с автоматической регулировкой усиления и подавлением эхо сигнала. Реферативный журнал // Радиотехника. 1994. №6

69. Никитин В.Е. Двунаправленный усилитель. АС СССР МКИ H03F3/62, № 1092704. 15.05.84.

70. Никитин В.Е., Макулов Ю.Л. Двунаправленный усилитель. АС СССР МКИ H03F3/62, № 964970. 07.10.82.

71. Челинцов H.H., Челинцов А.Н. Устройство двустороннего усиления без дифференциальных систем для усиления колебаний низких частот. АС СССР МКИ H03F3/62, № 288057. 16.11.71.

72. Менчиков В.М. Двунаправленный усилитель-ретранслятор. АС СССР МКИ H03F3/62, № 1614097. 15.12.90.

73. Усовершенствованные городские координатные АТС типа АТС-У. Принципы построения/ Л.С. Васильева, B.C. Лившиц, И.Е. Мовтович, И.З. Носоновский. - М.: Радио и связь, 1986.

74. Руководящий документ по общегосударственной системе автоматизированной телефонной связи (ОГСТфС). - Кн.1. -М.: Связь,

1988.

75. Лагутенко О.И. Модемы. Справочник пользователя / Оформление А. Лурье. -СпБ.: Лань, 1997. -368с.

76. Залманзон Л.А. Преобразование Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях. -М.: Наука,

1989.

77. Злобин В.К., Григорьев В.Л. Программирование арифметических операций в микропроцессорах. - М.: Высшая школа, 1991.

78. Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. - М.: Радио и связь, 1993.

79. Способ цифрового приема сигналов многочастотного кода. Патент ГДР №212868, МКИ Н04 О 1/457.

80. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник/ Л.М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк. - М.: Радио и связь, 1985. -312с.

81. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1973.

82. Брунченко A.B., Седов А.Е. Цифровой приемник многочастотного кода «два из шести» // Электросвязь. 1988. №11. С.30.

83. Ф. Дж. ХерриС. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье // ТИИЭР. 1978. Т. 66, №1. С.60-96.

84. Калабеков Б.А. и др. Методы автоматизированного расчета электронных схем связи: Учеб. Пособие для вузов/ Б.А. Калабеков, В.Ю.Лапидус, В.М.Малафеев. - М.: Радио и связь, 1990.

85. Методы и устройства цифровой обработки сигналов. Учеб. пособие/ В.Д. Кузенков; - Куйб. Авиац. ин-т. Куйбышев, 1988.

86. Елягин C.B., Николаенко В.А. Об одном алгоритме распознавания двухчастотных посылок // XXXI НТК: Тез. докл. - Ульяновск, 1997, чЛ. С. 17-18.

87. Елягин C.B., Николаенко В.А. Устранение местного эффекта методом время-импульсного разделения каналов // XXXI НТК: Тез. докл. - Ульяновск, 1997, чЛ. С.18-19.

88. Елягин C.B., Николаенко В.А. Программное распознавание • частотнокодированных цифр в телефонной связи // II Всероссийская

НТК «Методы и средства измерений физических величин»: Тез. докл. - Н. Новгород, 1997, ч.Н. С.93.

89. Елягин C.B. Способ сопряжения двухпроводной линии с четырех проводной // НПК с международным участием «Новые методы, средства и технологии в науке, промышленности и экономике»: Тез. докл. - Ульяновск, 1997, чЛ. С.70-71.

90. Елягин C.B. Модель измерения сопротивления линии // Международная НТК «Нейронные, реляторные и непрерывнологические сети и модели»: Тез. докл. - Ульяновск, 1998, ч.Ш. С.93.

91. Елягин C.B. Аппроксимационные выражения, связывающие параметры импульсного устройства сопряжения с импедансом на-

грузки // III Всероссийская НТК «Методы и средства измерений физических величин»: Тез. докл. - Н. Новгород, 1998, ч.УШ. С.24-25.

92. Елягин C.B. Адаптация противоместной схемы с временным разделением к параметрам линий связи // XXXII НТК: Тез. докл. -Ульяновск, 1998, чЛ. С.68.

93. Елягин C.B. Двунаправленный усилитель // XXXII НТК: Тез. докл. - Ульяновск, 1998, чЛ. С.69.

94. Елягин C.B. Адаптивное импульсное устройство сопряжения двухпроводных и четырехпроводных каналов тональной частоты // Вестник УлГТУ. Сер. Приборостроение, электроника, энергетика. 1998. № 4. С.44-50.

95. Патент РФ №2122769. Н04М9/06, Н04В1/58. Способ сопряжения двухпроводной линии с четырехпроводной // Елягин C.B., Капитонов A.A., Николаенко В.А. Бюл. 1998, №33.

96. Патент РФ №2125769. Н04М9/06, Н04В1/58. Устройство сопряжения двухпроводной линии с четырехпроводной // Елягин C.B., Капитонов A.A., Николаенко В.А. Бюл. 1999, №3.