Изучение спектральных характеристик цифровых тестовых сигналов в каналах ВОСП
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Цифровая связь. Телекоммуникации
Издательство:
Российский университет транспорта
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 36
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Специалитет
Артикул: 786971.01.99
Курсовая работа посвящена исследованию спектральных характеристик цифровых тестовых электрических и оптических сигналов в каналах волоконно-оптических систем передачи железнодорожного транспорта. Рекомендовано для направления «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта» 23.05.05 (специалитет).
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» Н.А. КАЗАНСКИЙ, Д.И. КАШИН, А.В. РЫБАЛКА ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИФРОВЫХ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ ВОСП Учебно-методическое пособие к дипломному проектированию и курсовой работе Москва – 2020
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» Н.А. КАЗАНСКИЙ, Д.И. КАШИН, А.В. РЫБАЛКА ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИФРОВЫХ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ ВОСП Учебно-методическое пособие для студентов направления «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта» 23.05.05 (специалитет) Москва – 2020
УДК 621.37 К14 Казанский Н.А., Кашин Д.И., Рыбалка А.В. Изучение спектральных характеристик цифровых тестовых сигналов в каналах ВОСП: Учебно- методическое пособие к дипломному проектированию и курсовой работе. - М.: РУТ (МИИТ), 2020. – 36 с. Курсовая работа посвящена исследованию спектральных характеристик цифровых тестовых электрических и оптических сигналов в каналах волоконно-оптических систем передачи железнодорожного транспорта. Рекомендовано для направления «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта» 23.05.05 (специалитет). Рецензент: д.т.н., профессор кафедры «Управление и защита информации» РУТ (МИИТ) Сидоренко В.Г. © РУТ (МИИТ), 2020
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 4 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ............................................................................... 6 1.1. Основные характеристики цифровых тестовых сигналов .......................6 1.2. Обзор способов линейного кодирования цифровых тестовых сигналов ..............................................................................................................10 1.3. Исследование процесса модуляции оптических тестовых сигналов ....21 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ...............................................................................24 2.1. Разработка схемы генератора псевдослучайных последовательностей24 2.2. Определение структуры вторичного сигнала..........................................25 2.3. Определение характеристик спектра первичного и вторичного электрических тестовых сигналов ...................................................................26 2.4. Расчет энергетических характеристик первичного и вторичного электрических тестовых сигналов ...................................................................30 2.5. Расчет характеристик спектра немодулированного оптического сигнала ................................................................................................................32 3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ....34 ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................35
ВВЕДЕНИЕ Контроль качества передачи и обработки информации в каналах волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) железнодорожного транспорта может проводиться с прерыванием и без прерывания связи. Оценка качества передачи данных в структурированном цифровом потоке без прерывания связи реализуется средствами встроенного контроля, например, с использованием кодов типа CRC, BIP и других. При тестировании цифровых каналов с прерыванием связи используются цифровые тестовые сигналы с фиксированной и псевдослучайной структурами. По назначению тестирование подразделяется на логическое, функциональное и стрессовое [1, 2]. В зависимости от задач, решаемых при контроле качества цифровых каналов и трактов, требуется производить выбор соответствующих тестовых сигналов, способов их линейного кодирования и форматов модуляции цифровых сигналов. Качество передачи и обработки информации в каналах и трактах ВОСП нормируется [1, 2]. Нормы на качество передачи информации подразделяются на: нормы ввода в эксплуатацию оборудования, каналов и трактов, нормы на вывод из эксплуатации, нормы на ввод в эксплуатацию после ремонта. Наиболее «жесткими» являются нормы на ввод в эксплуатацию. Менее «жесткими» – нормы вывода из эксплуатации и нормы на ввод в эксплуатацию после ремонта. Установленными регламентами в процессе каждого этапа функционирования оборудования волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспорта проводится тестирование характеристик качества передачи и их сравнение на соответствие нормам. На числовые значения показателей качества передачи информации в каналах ВОСП оказывают существенное влияние спектральные характеристики используемых тестовых сигналов.
Целью настоящей курсовой работы является моделирование структур цифровых тестовых сигналов и исследование спектральных характеристик электрических и оптических сигналов при тестировании каналов и трактов ВОСП железнодорожного транспорта.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1.1. Основные характеристики цифровых тестовых сигналов Представление цифрового тестового сигнала в частотных координатах позволяет оценить распределение мощности сигнала в полосе его спектра с учетом влияния вносимых линейных и нелинейных искажений, создаваемых алгоритмом линейного кодирования и оптической средой передачи. Широкое использование получили цифровые тестовые сигналы, структура которых задается псевдослучайной последовательностью импульсов (ПСП). Спектр таких сигналов наиболее близок к спектрам цифровых сигналов реального трафика. Стандартные полиномы, задающие структуру ПСП, описаны в рекомендациях МСЭ-Т O.150 – O.153. Основные параметры и области применения ПСП сведены в таблицу 1.1 [1-5].
Таблица 1.1 Характеристики тестовых псевдослучайных последовательностей, рекомендуемых МСЭ-Т Длина ПСП, биты Количество битов в цикле передачи Рекомендуемая скорость передачи тестовых сигналов, кбит/с Область применения тестовых сигналов Вид полинома, описывающего структуру ПСП Ссылка на стандарт МСЭ-Т 26-1 63 64; 32; 16 Низкоскоростные каналы передачи Отсутствует O.151 29-1 511 до 14,4 Среднескоростные каналы передачи D9 + D5 = 0 211-1 2 047 64*n (n=1…31); от 48 до 168 D11 + D9 = 0 215-1 32 767 1 544; 2 048; 6 312; 8 448; 32 064; 44 736 Цифровые каналы передачи технологии PDH D15 + D14 = 0 220-1 1 048 575 1 544; 6 312; 32 064; 44 736 Цифровые каналы передачи технологии STM-N D20 + D17 = 0 D20 + D3 = 0 O.153 до 72 223-1 8 388 607 34 368; 44 736; 139 264 D23 + D18 = 0 O.151 229-1 536 870 911 Отсутствует Сверхскоростные каналы передачи D29 + D27 = 0 O.150 231-1 2 147 483 647 Отсутствует D31 + D28 = 0
Обобщенная структурная схема генератора ПСП импульсов представлена на рисунке 1.1. Схема генератора ПСП состоит из N триггеров (обозначенных на схеме Di, где i=1, 2, … N), логического элемента (сумматора по модулю два), а также контура обратной связи. Источником тактовых сигналов является задающий генератор ЗГ. Рисунок 1.1. Обобщенная структурная схема генератора псевдослучайных последовательностей импульсов Структура тестового сигнала с ПСП полностью характеризуется следующими параметрами: - длиной цикла передачи L (количеством битов в цикле передачи ПСП); - полиномом вида DN + Di = 0, описывающим структуру ПСП на цикле ее передачи. Для аналитического описания и сравнения способов линейного кодирования необходимо произвести обзор основных параметров и свойств линейных кодов. Поскольку в каналах передачи ВОСП 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 ВОСП, предъявляются следующие требования [1,2]: - 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 тестовых сигналов, по которым в последующих разделах будет осуществляться сравнение способов линейного кодирования. Ширина полосы СПМ сигнала ΔFc согласно рекомендациям МСЭ-Р SM.853, F.1191-3 рассчитывается из условия 99% величины от полной мощности сигнала Pсп в полосе частот сигнала [6]. Полная мощность сигнала Pсп, определяемая согласно теореме Парсеваля по формуле [6]: 1 0 N i i сп f P P , мВт, (1.1) где: P(fi) – мощность i-й спектральной составляющей сигнала на частоте fi, мВт, N – количество спектральных составляющих сигнала. Абсолютное значение полной мощности сигнала в главном лепестке СПМ Pсn. т i q i N i i сп F f f f f где f P P 1 1 , , где Fт – тактовая частота сигнала, Гц.
1.2. Обзор способов линейного кодирования цифровых тестовых сигналов В цифровых каналах ВОСП возможно применение четырех типов элементарных посылок (рисунок 1.2) [1,2]. Рисунок 1.2. Временные диаграммы видов элементарных посылок, применимых в цифровых каналах ВОСП На рисунке 1.2 использованы следующие обозначения: А – амплитуда единичного импульса; tти – длительность тактового интервала; tи – длительность единичного импульса; tип – момент появления переднего фронта единичного импульса; tиз – 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. Введем аналитические выражения для описания временных параметров приведенных выше элементарных посылок: 1( ) 0 ти S t A при t t , (1.2) 2 0 ип из из ти A при t t t S t при t t t , (1.3) 3 0 0 ип ип из при t t S t A при t t t , (1.4) 4 0 0 ти S t при t t . (1.5)