Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Изучение спектральных характеристик цифровых тестовых сигналов в каналах ВОСП

Покупка
Основная коллекция
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).
Казанский, Н. А. Изучение спектральных характеристик цифровых тестовых сигналов в каналах ВОСП : учебно-методическое пособие к дипломному проектированию и курсовой работе / Н. А. Казанский, Д. И. Кашин, А. В. Рыбалка. - Москва : РУТ (МИИТ), 2020. - 36 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1895061 (дата обращения: 17.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
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)