Использование широкополосных сигналов для передачи разовых сообщений синхронизации по занятым телекоммуникационным каналам

технологии»: межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 1. - Тольятти: Изд-во ТГУС, 2006. - С. 46-57.

8. Артюшенко В.М. Достоверность обнаружения объектов в системах охраны периметра при наличии сигнала «просачивания» [Текст] / В.М. Артюшенко, В.И. Воловач // Проблемы и решения современной технологии. Сборник научных трудов ПТИС. Выпуск 6. Часть II. - Тольятти: ПТИС, 2000. - С. 3-6.

9. Аграновский К.Ю. Радиотехнические системы [Текст]: учебн. пособие для студентов вузов / К.Ю. Аграновский, Д.Н. Златогурский, В.Г. Киселев. - М. : Высш. школа, 1979. - 333 с.

10. Воловач В.И. Обнаружение сигналов с известными и случайными параметрами в радиотехнических устройствах охранной сигнализации [Текст] / В.И. Воловач // Вестник ТГУС. Серия «Проблемы и решения современной технологии»: межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 1.

- Тольятти: Изд-во ТГУС, 2006. - С. 37-45.

11. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов [Текст] / В.И. Тихонов. - М.: Радио и связь, 1983. -336 с.

12. Воловач В.И. Помехоустойчивость радиотехнических устройств охраны при использовании когерентного и некогерентного методов обнаружения [Текст] / В.И. Воловач // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. - 2012. -№ 1 (17). - С. 13-19.

13. Артюшенко В.М. Точность измерения параметров движения в условиях изменяющейся дальности [Текст] / В.М. Артюшенко, В.И. Воловач // Сборник научных трудов ГАСБУ. Техника и технология сервиса. - М.: ГАСБУ, 1997. - С. 47 - 54.

14. Хьюбер Дж. П. Робастность в статистике [Текст] / Дж. П. Хьюбер; пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 304 с.

Воловач В.И. Уо^а^ VII

кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой Поволжского государственного университета сервиса, Россия, г. Тольятти

«

Зайцев С.В. Zajtsev S. V.

старший преподаватель Поволжского государственного университета сервиса, Россия, г. Тольятти

Мазуров А.В. Mazurov A. V.

магистрант Поволжского государственного университета сервиса, Россия, г. Тольятти

УДК 621.397

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ РАЗОВЫХ СООБЩЕНИЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ЗАНЯТЫМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМ КАНАЛАМ

Рассмотрена возможность использования в качестве широкополосного сигнала М-последовательности при передаче разовых сообщений по занятым каналам. Определены периоды тактовых и пусковых импульсов, используемых для синхронизации. Оценено применение различных методов для ввода системы передачи в синхронизм.

Ключевые слова: телекоммуникационный канал, разовое сообщение, время корреляции, широкополосный сигнал, М-последовательность, сигнал синхронизации, составная последовательность.

USE THE BROADBAND OF SIGNALS FOR TRANSFER OF SINGLE MESSAGES OF SYNCHRONIZATION ON BUSY TELECOMMUNICATION CHANNELS

Possibility of use as a broadband signal of M-sequence is considered by transfer of single messages on busy channels. The periods of the clock and starting impulses used for synchronization are defined. Application of various methods for input of system of transfer to synchronism.

Key words: telecommunication channel, single message, correlation time, broadband signal, M-sequence, synchronization signal, compound sequence.

В телекоммуникационных каналах наряду, как правило, с непрерывной регулярной информацией (представляющей собой информационный сигнал) передаются различные служебные сигналы (синхронизации, управления, извещения и т. п.), получившие название разовых сообщений. Такие сигналы обычно передаются сравнительно редко и занимают небольшую часть времени, также они большей частью являются дискретными сигналами. Вполне очевидно, что такие сигналы экономически целесообразно передавать по тем же каналам, что и регулярные сигналы. Изучение особенностей их передачи по занятым каналам представляет собой важную научно-техническую задачу, отдельные аспекты которой будут рассмотрены далее. Следует также отметить, что с исследуемыми вопросами непосредственным образом связаны вопросы помехоустойчивости систем передачи информации при одновременном воздействии на них сигналов регулярных и разовых сообщений, рассмотренные одним из авторов ранее [1, 2].

Сигналы разовых сообщений, как было показано [3], имеют «гладкий» спектр. Поэтому их воздействие на регулярный сигнал подобно воздействию «белого» шума.

Воспользуемся известным [4] выводом, определяющим возможность селекции сигналов регулярной информации и сигналов разовых сообщений при заданной скорости передачи последних: уменьшение времени корреляции помехи тп на входе интегратора приемника разовых сообщений приводит к улучшению селекции сигналов регулярной информации и сигналов разовых сообщений. Там же отмечается, что уменьшение тп возможно в случае применения для передачи разовых сообщений широкополосных сигналов.

Например, как показано в [4], в случае применения в качестве широкополосного сигнала М-последовательности с частотой следования тактовых импульсов ~ 900 Гц (время корреляции сигналов разовых сообщений при этом тр с « -

./та

« 1,1 мс) время корреляции помехи на выходе ин-

тегратора: для слабокоррелированных сигналов данных (время корреляции сигналов регулярной информации три « 2 мс) тр« 0,7 мс; для сильнокоррелированных сигналов данных (три > 20 мс) тп» 1,1 мс; для речевого сигнала (три « т0 « 8 мс) тп « 0,97 мс. В результате чего можно сделать вывод, что время корреляции помехи на выходе перемножающего устройства определяется временем корреляции слабокоррелированного процесса.

Следовательно, применение широкополосного сигнала для передачи разовых сообщений позволяет улучшить селекцию команд от сигналов регулярной информации, особенно при сильнокоррелированных сигналах последней.

Рассмотрим, основываясь на последнем выводе, вопросы формирования синхросигналов, обеспечивающих ускоренный ввод в синхронизм устройств обработки разовых сообщений, с использованием одной из разновидностей широкополосных сигналов - шумоподобных сигналов. Напомним, что шу-моподобные сигналы - это сигналы, под которыми подразумеваются строго детерминированные двоичные последовательности с числом символов Ь, обладающие следующими двумя основополагающими свойствами [5]:

1. Периодическая корреляционная функция имеет при т = 0 резко выраженный центральный лепесток, равный по высоте Ь, и относительно малые боковые лепестки, равные 1.

2. Число символов разного вида в этих последовательностях примерно одинаково.

Вышеперечисленным свойствам отвечают и последовательности максимальной длины, называемые М-последовательностями, или рекуррентными последовательностями [6].

При использовании метода широкополосной передачи символа кодового слова совместно с циклическим кодом необходимым условием работы системы является наличие «жесткой» синхронизации тактовой частоты и начала кодового слова между передающей и приемной сторонами. Для синхронизации можно использовать канал обратной связи, по которому передаются служебные сигналы.

При тактовой частоте £и1 » 900 Гц время передачи одного символа кодового слова:

= 4л — = (27 -1)- — « 0,14 с. эл ' у ' 900

Л

При этом время передачи одного разового сообщения Т , = Т . п = 0,14 . 15 = 2,1 с.

раз.сооб эл

Следовательно, для синхронной работы кодирующего и декодирующего устройств необходимо наличие синхронизации тактовых импульсов, следующих с периодом Тэл= Ьэл/^ = 0,14 с, и пусковых

импульсов с периодом: Т > Т • п > 2,1 с.

п эл '

Известно достаточное количество схем устройств, реализующих приемопередающие системы разовых сообщений, во многих из которых для передачи сигнала синхронизации используется М-последовательность. Как уже отмечалось выше, для формирования пусковых импульсов период М-последовательности должен быть:

Т = Т > Т. = Т • п = 2,11 с

при

что соответствует числу символов в последовательности

L > Ьэл • п > 1905 (Т > 2,1 с).

Ближайшая М-последовательность имеет длину

L = (2п - 1) = (211 - 1) = 2047;

ее период составляет

Т • т0 = 2047 • 1,1 • 10-3 = 2,27 с.

При таком периоде М-последовательности операция ввода в синхронизм затягивается, что приводит к неприемлемо длительному времени вхождения в связь.

Так, например, если даже имеется синхронизация по тактовой частоте и используется система с пошаговой корреляцией, то для М-последовательности среднее время ввода в синхронизм 9" _1

Хп1 = 900 Гц

время передачи одного сообщения, что недопустимо.

Для ускоренного ввода в синхронизм можно использовать метод последовательной оценки, рассмотренный в работе [7], в которой показано, что для названного метода среднее время ввода в синхронизм составит: _

Тиос1.оц<Тя/р^ ,

где Рп

вероятность правильной оценки символа

т « 2 • Г

пошаг.кор 2, И И ^

где Ти - период исследования, т. е. время, в течение которого принимается решение о наличии синхронизации; п - число ячеек регистров сдвига генератора М-последовательности.

При Т = Т = 2,27 с среднее время ввода в синхронизм 7^щ = 2("_1)7; =1024-2,27 с = 2324,8 с. Таким образом, даже при наличии синхронизации по тактовой частоте среднее время ввода в синхронизм при пошаговой корреляции в 1000 раз больше, чем

принимаемой последовательности, зависящая от отношения «сигнал - шум» на входе.

Приравнивая (1) и (2), можно найти допустимую вероятность правильной оценки

р = п/2п-1,

' пр. доп 7 4 '

при которой система с пошаговой корреляцией и система, реализующая метод последовательной оценки, обеспечивают одинаковое среднее время ввода в синхронизм. При р > р система синхрониза-

А А ' пр ' пр. доп А

ции на основе последовательной оценки оказывается более эффективной, чем система с пошаговой корреляцией. Коэффициент ускорения ввода в синхронизм вычисляется по_формуле

К. = Х'попиг.кор / ^посл.оц — 2 • /2

В табл. 1 приведены вероятности р и от-

^ ^ ' пр. доп

при которых

с ш'вх.доп7 г г

при различных

ношения «сигнал - шум» (Рс/Рш) обеспечиваются значения р значениях п.

Таблица 1

Зависимости допустимой вероятности правильной оценки р

от отношения «сигнал - шум» и числа ячеек регистров сдвига генератора М-последовательности

п р ' пр. доп (Р /Р ) , дБ 4 с ш'вх.доп'

6 0,56 -16,5

10 0,536 -21

15 0,524 -24,4

В табл. 2 приведены значения Ку при различных значениях отношения «сигнал - шум»

4 с ш7вх.

Из табл. 2 видно, что метод последовательной оценки при отношениях (Рс/Рш)вх менее -10 дБ применять нецелесообразно. Для синхронизации можно использовать составные последовательности, полу-

ченные путем модуляции М-последовательностей длиной L = Lэл по закону чередования 0 и 1 другой М-последовательности длиной Ь2. При этом составная последовательность будет иметь длину: Ь

т • т = • т

H 2 2*

Таблица 2

Зависимости коэффициента ускорения ввода в синхронизм от отношения «сигнал - шум» и числа ячеек регистров сдвига генератора М-последовательности

(p/px, ДБ п = 10 п = 15

+10 512 2048

+6 269 1510

0 89,5 253

-2 42,5 104

-5 16,7 33,6

-10 1,92 2,52

-20 1,25 1,5

Такие последовательности позволяют довольно просто получить тактовые и пусковые импульсы, необходимые для синхронизации. Синхронизирующие свойства последовательностей в основном определяются видом их корреляционной функции.

Тщательный анализ корреляционных свойств составных последовательностей показал, что с увеличением длин Ь и Ь2 периодическая корреляционная функция составных последовательностей по своему виду приближается к периодической корреляционной функции М-последовательности. Поэтому такие составные последовательности не позволяют осуществить ускоренный ввод системы в синхронизм.

Лучшими синхронизирующими свойствами обладают нелинейные последовательности (х.}, ] = 1, 2, ..., Ькомб, получаемые путем соответствующего комбинирования К коротких последовательностей ¡У,}, . ., ¡УК с длинами Ьх, Ь2, ..., Ьксоответственно. При правильном выборе составляющих последовательностей {у.}, ..., {у,к} и способа их комбинирования (логической функции) длина образуемой последовательности

4омб = А ^2 - А,

1=1

а коэффициент взаимной корреляции комбинированной последовательности (х } с любой из последовательностей {5^..}, i = 1, ..., К будет резко возрастать при значениях т, кратных периоду составляющей последовательности {у. .}. При других т коэффициент взаимной корреляции будет иметь одинаковое значение, существенно меньшее, чем при т = тЬ., т

= 1, 2, ... Такие комбинированные последовательности дают возможность значительно ускорить ввод системы в синхронизм.

Таким образом, в статье показано, что использование широкополосного сигнала и его разновидностей, в частности М-последовательности, позволяет улучшить селекцию команд от регулярных сигналов. Определены численные значения периодов тактовых и пусковых импульсов, необходимых для обеспечения синхронного режима работы кодирующего и декодирующего устройств, а также период М-последовательности и число ее символов. На основе анализа последнего сделан вывод о необходимости применения ускоренного ввода в синхронизм системы передачи информации; для этого возможно использовать последовательности фиксированной длины, но еще лучшие результаты дает использование нелинейных последовательностей.

Список литературы:

1. Воловач В.И. Влияние служебной информации на помехоустойчивость занятых телекоммуникационных каналов [Текст] / В.И. Воловач, А.Е. Рогозин // Школа университетской науки: парадигма развития. - 2011. - № 3 (4). - С. 48-54.

2. Воловач В.И. Анализ помехоустойчивости систем передачи речевого сигнала при наложении сигналов служебной информации [Текст] / В.И. Воловач, А.Е. Рогозин // Наука - промышленности и сервису: сб. ст. Шестой международной научно-практической конференции. Ч. II / Поволжский гос. ун-т сервиса. -Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2012. - С. 270-275.

3. Воловач В.И. Статистические характеристики регулярных сигналов телекоммуникационных каналов [Текст] / В.И. Воловач, А.Е. Рогозин // Вестник Волжского университета имени В.Н. Татищева. Серия «Информатика». - Вып. 18. - 2011. - С. 97-103.

4. Воловач В.И. К вопросу определения взаимного влияния сигналов разовых сообщений и регулярной информации при совместной передаче по телекоммуникационным каналам [Текст] / В.И. Воловач, А.Е. Рогозин // Наука - промышленности и сервису: сб. ст. Шестой международной научно-практической конференции. Ч. II / Поволжский гос. ун-т сервиса. -Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2012. - С. 275-281.

5. Воловач В.И. Методы обработки сигналов при передаче разовых сообщений по телекоммуникаци-

онным каналам [Текст] / В.И. Воловач, А.Е. Рогозин // Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT-2012): сб. статей II Международной заочной научно-технической конференции. Ч. 1 / Поволжский гос. ун-т сервиса. - Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2012. - С. 332-340.

7. Bapaкин И.Е. Системы связи с шумоподобны-ми сигналами [Текст] / И.Е. Варакин. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.

8. Уорд Р. Различение псевдослучайных сигналов методом последовательной оценки [Текст] / Р. Уорд // Зарубежная радиоэлектроника. - 1966.-№ 8. - С. 24-27.

Давыдов А.И. Davidov A.I.

аспирант Уфимского государственного университета экономики и сервиса, Россия, г. Уфа

Мухамадиев А.А. Mukhamadiev A.A.

кандидат технических наук, доцент Уфимского государственного университета экономики и сервиса, Россия, г. Уфа

Ураксеев М.А. Urakseev Ш.А.

доктор технических наук, профессор Уфимского государственного авиационного технического университета, Россия, г. Уфа

УДК 681.335

ПОСТРОЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ

РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С АКУСТООПТИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ

В статье рассмотрена структура волоконно-оптической распределенной информационно-измерительной системы с акустооптической коммутацией каналов. Приведен принцип работы акустооп-тического кросс-коммутатора и его структура.

Ключевые слова: информационная измерительная система, акустооптический, кросс-коммутатор, волоконно-оптические линии связи.

CREATION OF THE FIBER OPTICAL DISTRIBUTED INFORMATION MEASURING SYSTEM WITH ACOUSTO-OPTIC CHANNEL SWITCHING

The structure of the fiber optical distributed information measuring system with acousto-optic channel switching is considered. Acousto-optic cross-switch work principles and its structure.

Key words: information-measuring system, acousto-optical, cross-switch, fiber optical lines.