Исследование помехоустойчивости передачи цифровых сигналов по стволам аналоговых радиорелейных линий

 

 

На правах рукописи

 

 

Кокорич Марина Геннадьевна

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

 ПО СТВОЛАМ АНАЛОГОВЫХ  РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ

 

 

Специальность: 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск – 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики».

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор Носов В.И.
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Фалько А.И.
	кандидат технических наук, Трубехин Е.Р.
Ведущая организация:	научно-производственная фирма «МИКРАН», г.Томск

 

 

 

 

 

 

Защита состоится 19 декабря 2008 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.219.005.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу: 630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86.

 

 

 

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СибГУТИ».

 

 

Автореферат разослан «____» ноября 2008 г.

 

 

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 219.005.01

доктор технических наук, профессор                                                     Мамчев Г.В.

 

 

 

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

 

Актуальность темы

Современное развитие телекоммуникаций, обусловленное бурным ростом новых видов услуг, требует ускоренного перехода к цифровым системам передачи (ЦСП). Однако, существующая широко развитая сеть аналоговых магистральных и внутризоновых радиорелейных линий делает экономически целесообразным использование аналоговых радиорелейных станций для организации цифровых трактов (процесс модернизации аналоговых радиорелейных линий в цифровые носит название  "цифровизация»).

Цифровизация заключается в замене или реконструкции оконечного оборудования телефонного или телевизионного радиоствола, при этом сохраняется структура радиорелейной линии, то есть на промежуточных станциях осуществляется переприем по промежуточной частоте без демодуляции, а, следовательно, и без регенерации сигнала. Тем самым теряется такое преимущество цифровой связи, как возможность регенерации цифрового потока и отсутствие накопления помех от станции к станции, следовательно, ограничивается возможная дальность связи.

Теоретическое исследование возможностей использования аналоговых РРЛ для передачи цифровых сигналов производилось с 70-х годов Каменским Н.Н., Минкиным В.М., Грозовским Л.М., Рахмановым С.Ю., Поборчим В.Д. и заключались в проведении научных исследований, практических работ и создании соответствующего оборудования и нормативной документации.

Расчет качественных показателей при передаче цифровых сигналов по аналоговым РРЛ на первом этапе реализации цифровизации не производился и вывод о возможности связи на конкретном участке РРЛ производился на основе практических измерений.

Проведенные исследования показали возможность организации аналого-цифрового ствола для передачи цифрового сигнала на поднесущей частоте с применением двух- и четырехпозиционной фазовой модуляции, а также возможность организации полностью цифрового ствола для передачи третичного цифрового потока методом четырехпозиционной фазовой модуляции. При расчете качественных характеристик таких трактов учитывались тепловые шумы, степень нелинейности высокочастотного тракта аналоговой радиорелейной аппаратуры.

Использование указанных методов передачи цифровых сигналов по стволам аналоговых РРЛ имеет существенное экономическое значение, так как позволяет организовывать цифровые тракты без значительных финансовых затрат, используя существующую инфраструктуру РРЛ. В ближайшие 10-15 лет данный вариант организации связи будет иметь немаловажное значение на внутризоновых и магистральных линиях для обеспечения цифровых каналов телефонии, цифровых каналов телевидения DVB, доступа в Интернет и соединительных линий операторов сотовой связи.

Перечисленные аспекты позволяют считать актуальным дальнейшее исследование возможностей цифровизации РРЛ. В частности целесообразно исследовать:

1. влияние на помехоустойчивость нелинейности амплитудной характеристики и зависимости фазы выходного сигнала от амплитуды входного сигнала усилителя мощности передатчика;
2. возможность применения многопозиционной фазовой модуляции для повышения скорости передачи цифрового сигнала и увеличения протяженности участка, на котором может быть организована связь без регенерации сигнала.

 

Цель работы

Целью настоящей работы является исследование особенностей передачи цифровых сигналов по стволам аналоговых РРЛ, исследование факторов, определяющих отношение сигнал/шум для таких систем и разработка методов оценки помехоустойчивости при организации переприема сигналов без регенерации на промежуточных станциях.

 

Основные задачи исследования

Поставленная цель исследований требует решения следующих основных задач:

1. разработать методику определения шумов от нелинейных переходов ВЧ тракта с учетом вида передаваемого сигнала;
2. разработать методику определения шумов, вызванных неоднородностями в антенно-фидерном тракте;
3. разработать методику определения шумов, возникающих при прохождении фазоманипулированного сигнала с неравномерной огибающей через СВЧ устройства с амплитудно-фазовой конверсией;
4. разработать методику определения помехоустойчивости и возможной дальности связи при передаче цифровых сигналов методом многопозиционной фазовой модуляции без регенерации сигналов на промежуточных радиорелейных станциях.

 

Методы исследования

Для решения поставленных задач используются методы статистической радиотехники, теории вероятностей, математического моделирования, теории распространения радиоволн, а так же методы вычислительной математики и статистического моделирования. Часть результатов получена с использованием численных методов, реализованных на компьютере в среде MathCAD. Для подтверждения полученных теоретических результатов разработана модель системы радиосвязи при передаче сигналов с фазовой модуляции в среде MatLAB, с помощью которой и выполнены экспериментальные исследования.

 

Научная новизна результатов работы

Наиболее значимые новые научные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. разработана методика определения отношения сигнал/шум на интервале радиорелейной линии с учетом особенностей фазоманипулированных сигналов и параметров аналогового радиорелейного оборудования;
2. разработана методика определения шумов, возникающих при прохождении фазоманипулированного сигнала через устройства с амплитудно-фазовой конверсией;
3. разработана методика определения вероятности ошибочного приема при передаче фазоманипулированного сигнала для различных значений позиционности фазовой модуляции с учетом амплитудно-фазовой конверсии;
4. разработана методика определения вероятности ошибки при использовании метода уменьшения мощности радиопередающего устройства (Back-Off) для уменьшения амплитудно-фазовой конверсии с целью повышения помехоустойчивости приема;
5. разработана методика расчета возможной дальности связи с учетом структуры радиорелейной линии (количество промежуточных и узловых станций).

 

Достоверность полученных результатов

Достоверность научных положений и работоспособность предложенных алгоритмов подтверждены результатами моделирования в среде MatLAB.

 

Практическая ценность результатов

Рассмотренные в работе вопросы актуальны для практических приложений при модернизации действующих аналоговых радиорелейных систем передачи. Результаты, полученные в работе, позволяют учесть влияние реальных характеристик аналоговых РРЛ на помехоустойчивость передачи по ним цифровых сигналов с многопозиционной фазовой модуляцией. Разработанные методики позволяют определять отношение сигнал/шум на интервале РРЛ и рассчитывать возможную дальность связи без регенерации сигнала на промежуточных станциях, что позволит эффективнее осуществлять процесс цифровизации аналоговых радиорелейных систем передачи.

Выполненные исследования позволили выработать практические рекомендации для оценки возможной дальности связи при цифровизации аналоговых радиорелейных линий.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ) на кафедре систем радиосвязи (СРС).

 

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. Международная научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», г. Новосибирск, 2003 г. 2004 г. 2005 г., 2006 г., 2007 г., 2008 г.

2. Третья региональная школа-семинар  студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиотехники (СПР-2005)», Новосибирск, 2005.

3. Международная школа конференция  «Информационно-телекоммуникационные  системы - 2006», г. Новосибирск, 2006 г.

 

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в их числе 4 статьи и 8 тезисов докладов.

 

Основные положения работы, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие результаты исследований:

1. результаты исследования факторов, определяющих отношение сигнал/шум на интервале аналоговой радиорелейной линии при передаче цифровых сигналов с фазовой модуляцией и методика расчета отношения сигнал/шум;
2. результаты исследования влияния амплитудно-фазовой конверсии на помехоустойчивость приема сигналов с фазовой модуляцией и паразитной амплитудной модуляцией;
3. результаты исследования влияния метода Back-Off, применяемого для уменьшения влияния амплитудно-фазовой конверсии и результаты расчета вероятности ошибки при различных значениях Back-Off и различных методах модуляции;
4. результаты исследования возможной дальности связи без регенерации сигналов на промежуточных станциях.

 

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 165 страниц машинописного текста, 84 рисунка, 22 таблицы. В библиографию включены 50 наименований.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

Во введении дается характеристика существующего состояния сетей связи на основе радиорелейных линий, перспективы развития радиорелейной связи в период перехода на цифровые методы передачи информации, обоснована актуальность темы диссертации, приводится обзор публикаций по тематике диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, а также представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены принципы построения аналоговых радиорелейных линий с точки зрения их возможной цифровизации. Разработка первых вариантов передачи цифровых сигналов по аналоговому стволу началась в середине 70-х годов и по мере разработки технической базы успешными были признаны три основных направления:

1. передача одного или двух первичных цифровых сигналов Е1 на поднесущей частоте в основной полосе частот выше спектра аналогового телевизионного или телефонного сигнала. Использование метода частотной модуляции позволяет сохранить систему управления многоствольной РРЛ, организованной в телефонном стволе. При практической реализации наибольшее распространение получил метод, при котором цифровые сигналы со скоростью 2,048 Мбит/с (Е1) передаются путем двухпозиционной относительной фазовой модуляции (2-ОФМ) поднесущей частоты. Такой метод достаточно прост в реализации и не требует внесения изменения в аналоговое оборудование, однако, позволяет организовать цифровой поток небольшой скорости;
2. передача цифровых сигналов со скоростью 8,448 Мбит/с (Е2), для чего используется вся основная полоса частот радиоствола за исключением нижней части спектра, что позволяет сохранить в телефонном стволе передачу сигналов системы управления аналоговой РРЛ. При этом используется метод троичной частотной модуляции квазитроичным цифровым сигналом в коде АМI, который допускает ограничение полосы пропускания в нижней части спектра. Данный метод отличается большей возможной скоростью передачи в стволе РРЛ, но требует соблюдения некоторых требований к радиорелейной аппаратуре (в частности ужесточаются требования к неравномерности амплитудно-частотной характеристики и характеристики группового времени запаздывания);
3. передача третичного цифрового потока (Е3) со скоростью 34 Мбит/с по стволу аналоговой РРЛ представляется наиболее перспективным и выгодным вариантом цифровизации радиорелейной линии.