<< Пред. стр. 2 (из 13) След. >>
Список литературы по разделу
Задачи, стоящие перед транспортными предприятиями сегодня и на будущее, диктуют необходимость применять гибкую многофункциональную автоматизированную систему, использующую надежные высокоскоростные каналы связи и высокоскоростные средства сбора и обработки информации, обеспечивающую возможности развития до уровня общегородской системы.
В настоящее время, наряду с имеющимися системами мониторинга пассажирского транспорта (использование индуктивной связи с диспетчером в контрольных остановочных пунктах), внедряются или планируется к внедрению новые системы на основе сотовых систем связи и беспроводных технологий GPS, GPRS, Bluetooth. В условиях большого города наличие "мертвых" зон в зонах покрытия сотовых систем связи и спутниковой навигации резко снижает эффективность мониторинга маршрутного транспорта, а высокая стоимость оборудования (по данным Мосгортранса установка системы на единицу автотранспорта обходится в 800$, стоимость одного запроса 2,29$) и ограниченность средств у перевозчика снижает темпы их внедрения.
В ряде городов (Москва, Сочи и др.) внедряются системы "Маяк" с применением радиомаяков наземного расположения (система дальнего канала) и мобильных радиомаяков (система ближнего радиоканала). Радиомаяк - комплект радиотехнического оборудования малой мощности, обеспечивающей одностороннюю радиосвязь. В системах дальнего канала радиомаяки устанавливаются на всех конечных и промежуточных точках маршрутов движения подвижного транспорта и формируют номерные отметки в приемном устройстве, смонтированном на подвижном транспорте, в момент его проезда в зоне действия радиомаяка. Накопленная в приемнике информация передается по радиоканалу через узловые станции-ретрансляторы на центральный диспетчерский пункт (ЦДП). Через узловые станции-ретрансляторы формируется и обратный канал связи. В системах ближнего радиоканала радиомаяк устанавливается на подвижном транспорте и его радиосигнал, содержащий идентификатор - код транспортного средства, фиксируется в контрольных точках.
Системы с применением радиомаяков должна содержать сеть станций-ретрансляторов (требуется частотный ресурс) и работают в квазиреальном масштабе времени, так как информация о передвижении транспорта по маршруту накапливается в радиоприемном устройстве и передается на ЦДП только тогда, когда транспортное средство находится в радиозоне станции-ретранслятора.
На основе анализа существующих систем мониторинга транспорта, коллективом Уфимского завода микроэлектроники "Магнетрон" совместно с кафедрой телекоммуникационных систем Уфимского государственного авиационного технического университета была разработана автоматизированная диспетчерская система контроля за маршрутным автотранспортом (АДСК "Урал-Транспорт").
Автоматизированная диспетчерская система контроля за маршрутным транспортом предназначена для контроля и управления движением транспортных средств (ТС) пассажирского и специального назначения (маршрутные автобусы, городской электротранспорт, транспортные средства специализированных служб и т.п.). Целью создания и внедрения является: улучшение качества обслуживания пассажиров, контроль графика движения, оптимизация и более рациональное распределение транспортных ресурсов по маршруту движения, экономия ГСМ, улучшение экологии, сокращение эксплуатационных затрат на содержание диспетчерских служб.
Принцип работы системы заключается в автоматическом сборе и обработке информации поступающей в режиме реального времени с устройства, устанавливаемого на ТС (УТС "Шихан-М"), на устройства автоматизированного контрольного пункта (УАКП "Шихан-К"), размещаемых в контрольных точках по маршруту следования ТС, и далее по каналам связи сети GSM на ЦДП (рис.1).
Рисунок 1.
При разработке системы использовались передовые технологии передачи цифровых данных, основанные на использовании беспроводной технологии передачи данных Bluetooth. Система контроля осуществляет сбор данных о передвижениях транспортных средств, оборудованных УТС и аналитическую обработку полученной информации с последующей выдачей результатов анализа обслуживающему персоналу диспетчерских служб, а так же передачи данных в ЦДП.
Функциональные возможности системы:
- передача уникального кода с устройства, устанавливаемого на транспортное средство на центральный диспетчерский пункт;
- возможность передачи аварийных сигналов (захват транспортного средства террористами, вызов медицинской, технической службы, милиции, МЧС);
- двусторонняя речевая связь водителя транспортного средства с операторами центрального диспетчерского пункта;
- возможность получения водителем текстового сообщения с центрального диспетчерского пункта;
- речевой автоинформатор устанавливаемый на транспортное средство позволит в автоматическом режиме сообщать данный и следующий остановочные пункты;
- устанавливаемое электронное табло на остановочном пункте позволит информировать пассажиров о времени прибытия транспортного средства на остановочный пункт.
Устройство устанавливаемое на ТС "Шихан-М"
Основной задачей устройства "Шихан-М" является передача идентификационного кода транспортного средства посредством УАКП на ЦДП. Передача кода осуществляется при помощи технологии беспроводной связи "Bluetooth". Данная технология позволяет УТС осуществлять обмен информацией с УАКП, радиус действия до 100 м, а также передачу специальных кодов аварийных и критических ситуаций.
В полном варианте устройство может содержать:
- пейджер;
- речевой автоинформатор;
- АЦП и ЦАП.
Электропитание УТС осуществляется от бортовой сети транспортного средства через специальный источник питания.
Устройство автоматизированного контрольного пункта "Шихан-К"
УАКП "Шихан-К" предназначено для обмена идентифицирующей и другой технологической информацией с УТС "Шихан-М", а также для сбора данных, их уплотнения и передачи через GPRS-канал связи сети GSM на ЦДП.
Также, как, и в устройстве "Шихан-М" в устройстве "Шихан-К" применяется технология беспроводной связи "Bluetooth". Bluetooth обеспечивает скорость передачи данных до 721 Кбит/с, но в данных устройствах (Шихан-К и Шихан-М) скорость передачи данных составляет 115,2 Кбит/с.
Устройство устанавливается на контрольных пунктах по маршруту следования ТС и работает круглосуточно в автономном режиме. Электропитание устройства осуществляется от промышленной сети переменного тока. В случае аварийного отключения напряжения сети переменного тока, электропитание осуществляется от резервного источника питания.
Устройство "Шихан-К" выполняет следующие функции:
- приём кодовой последовательности с УТС;
- передача кодовой последовательности УТС, подтверждающей правильность принятого кода (контрольная сумма);
- буферизацию принятых кодов;
- передачу данных через GPRS сети GSM на ЦДП.
Центральный диспетчерский пункт (ЦДП)
ЦДП представляет собой комплекс, объединённый в локальную вычислительную сеть (ЛВС), включающий: персональные компьютеры операторов, коммутатор ЛВС, оптический модем связи с коммутатором оператора сотовой связи GSM, периферийные устройства.
Посредством ЦДП осуществляется централизованный контроль движения автотранспортных потоков в масштабе реального времени, а также дальнейшая обработка поступающих данных: выход ТС на маршрут, анализ его движения по маршруту за определённый промежуток времени (от суток и более), формирование сведений для операторов перевозок (сведения о выходе городского транспорта, отчёт о прохождении транспортных средств через УАКП, отчёт о работе конкретного ТС, отчёт о выполнении норм ТС по автопредприятию, сведения об отклонениях от графика движения).
В полном варианте в ПК операторов ЦДП интегрированы АЦП и ЦАП для двусторонней речевой связи с водителем ТС.
АДСК "Урал-Транспорт" была апробирована и прошла испытания на пассажирском автотранспорте г.Уфы (маршрут № 235). На сегодняшний день идет её внедрение на других маршрутах движения транспорта.
УДК 621.128.56
В.И. Канаков, И.Л.Виноградова
Уфимский государственный авиационный технический университет
ПОСТОРОЕНИЕ КОММУТАТОРОВ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ УПРАВЛЯЕМЫХ ОПТИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Современные системы связи, системы управления и обработки сигналов невозможно представить без применения оптических технологий. Новые технические задачи по увеличению скорости, объемов передаваемой информации, расширению областей технических приложений приводят к необходимости пересмотра фундаментальных подходов не только к проектированию, управлению и контролю объектов систем телекоммуникаций, но и физических принципов построения их компонент.
На сегодняшний день, достаточно широкий круг сетевых задач по управлению и контролю, решается на базе электронных компонентов, что не только ограничивает быстродействие системы в целом, но в ряде случаев требует дополнительной инженерной проработки для обеспечения надежности элементов системы.
Перспективным является создание полностью оптических транспортных сетей (AON-сетей) с полностью оптическими компонентами, т.е. исключением электронных(оптоэлектронных) компонент, для решения задач мультиплексирования, перегруппирования и т.д.
С целью изучения возможности создания полностью оптических коммутаторов, предлагается использовать физический эффект нелинейной зависимости показателя преломления изотропной прозрачной среды от интенсивности входного оптического излучения.
Принцип работы интерференционного коммутатора заключается в чередовании максимумов и минимумов стоячей световой волны в окрестности одной и той же пространственной координаты.
Для уменьшения влияния нелинейных эффектов на информационный сигнал, в качестве среды преобразования предлагается использовать оптически прозрачный материал в наноструктурном состоянии.
Если подбором технических параметров интерферометра обеспечить одновременное выполнение двух условий:
1) максимума стоячей волны в области одного из выходных каналов, и
2) минимума стоячей волны в области второго выходного светового канала,
то изменением интенсивности управляющего излучения можно управлять переключением входного светового излучения между первым и вторым выходными каналами.
УДК 621.391
Р.Г. Усманов, И.А. Шарифгалиев
ОАО "Башкирэнерго", ЗАО "Энергоспецналадка"
ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ EDFA УСИЛИТЕЛЕЙ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕТЯХ
На раннем этапе развития волоконной оптики магистральные волоконно-оптические системы передачи содержали ряд оптических передатчиков и приемников, разнесенных на относительно короткие расстояния. Мощность передачи лазера была ограничена значением 1 мВт, причем, поскольку оптических усилителей и регенераторов тогда еще не было, длина пролета редко превышала 40 км; Следовательно, приходилось искать подходы к эффективному использованию имеющейся пропускной способности.
Для увеличения пропускной способности сетей связи используются технологии временного (Time Devision Multiplexing(ТDМ), спектрального (Wavelegth Devision Multiplexing, WDМ) и плотного спектрального (Dense Wavelegth Devision Multiplexing, DWDM) уплотнения.
С появлением технологии спектрального уплотнения WDM и оптических усилителей на волокнах, легированных эрбием (Erbium-Dopet Fiber Amplifier, EDFA), начался новый этап развития оптических сетей. Стало возможным построение многоузловых сетей передачи типа "точка-точка", при этом расстояние передачи увеличилось до 300...600 км, а в подводных системах-до 10 000 км.
Создаются также качественно новые типы одномодовых волокон и более совершенное оптическое оборудование - лазеры с перестраиваемой длиной волны, волновые мультиплексоры, широкополосные усилители, коммутаторы, маршрутизаторы и др.
В то же время во многих сетях возникла необходимость выделять часть трафика в промежуточных точках, находящихся вдоль трассы линии связи между основными узлами. Первоначально можно было выделять весь трафик (все длины волн), но это требовало наличия в оптических каналах оптоэлектронных преобразователей и дорогих электронных устройств. Затем появились системы, позволявшие выделять (или добавлять) только необходимые оптические длины волн. Это так называемые оптические мультиплексоры с функцией ввода/вывода (Optical Add/Drop Multiplexer, OADM).
Следующий шаг в развитии оптических сетей - программируемые ОАDМ, благодаря которым сетевые операторы обеспечивают выделение, добавление или перемещение каждой длины волны. Недалек тот час, когда оптическая сеть будет оснащена более совершенными сетевыми элементами, такими как оптические коммутаторы (Optical Cross Connect), что позволит многим узлам сети более эффективно управлять длинами волн.
С возникновением сетевых элементов различной сложности сформировалось понятие "уровневого управления пропускной способностью сети". Каждый уровень выполняет определенный набор функций, обеспечивая известный набор услуг для следующего уровня.
Полностью оптические сети - АОН (All Optical Network) представляют собой класс сетей, в которых при коммутации, мультиплексировании и ретрансляции главную роль играют не электронные (оптоэлектронные), а чисто оптические технологии.
Усилители на волокне, легированном эрбием EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) за последние несколько лет произвели революцию в телекоммуникационной промышленности. Усилители EDFA обеспечивают непосредственное усиление оптических сигналов, без их преобразования в электрические сигналы и обратно, обладают низким уровнем шумов, а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна (рис. 1). Именно благодаря появлению усилителей с таким сочетанием качеств линии связи и сети на основе систем DWDM стали экономически привлекательными.
Усилитель EDFA состоит из отрезка волокна, легированного эрбием. В таком волокне сигналы определенных длин волн могут усиливаться за счет энергии внешнего излучения накачки. В простейших конструкциях EDFA усиление происходит в достаточно узком диапазоне длин волн - примерно от 1525 нм до 1565 нм. В эти 40 нм умещается несколько десятков каналов DWDM.
Рисунок 1. Зависимость уровня сигнала EDFA усилителя
Обычные электронные повторители, чтобы восстановить уровень сигнала на протяженной линии связи, считывают сигнал с волокна, преобразуют его в электрические импульсы, усиливают их, преобразуют усиленный сигнал снова в оптическую форму и передают дальше по линии связи. В отличие от них, усилители EDFA полностью "прозрачны" - не зависят от используемых протоколов, форматов, скорости передачи и (в пределах указанных выше ограничений) длины волны оптического сигнала. Поскольку усилители EDFA независимы от сетевого протокола, их можно подключать непосредственно к различному оборудованию - коммутаторам ATM или компонентам протокола IP - не опасаясь, что они помешают друг другу. Такая гибкость - одно из основных преимуществ использования их в системах DWDM. Наряду с этим, при использовании усилителей EDFA требуется тщательно учитывать их неоднородное спектральное усиление и шум, вносимый ими за счет усиленной спонтанной эмиссии ASE (Amplified Spontaneous Emission). Сети с усилителями EDFA имеют многочисленные преимущества. Пропускную способность таких сетей можно наращивать экономично и постепенно, добавляя новые каналы по мере роста потребности. Применение усилителей EDFA позволяет создавать полностью оптические сети, в которых обработка сигнала электронными компонентами происходит только в начальной (где информация впервые попадает в сеть) и конечной (где информация достигает конечного получателя) точках сети. Каждая линия связи уровня OC-48 (STM-16) обрабатывается в системе DWDM как отдельный канал на отдельной длине волны, благодаря чему большая часть существующего сетевого оборудования непосредственно включается в состав систем DWDM. За счет этого начальная стоимость ввода систем DWDM в эксплуатацию достаточно низка.
Важнейший компонент усилителя EDFA - лазер накачки (рис. 2). Он является источником энергии, за счет которой усиливается оптический сигнал. Энергия лазера накачки распределяется в усилителе EDFA между всеми оптическими каналами. Чем больше число каналов, тем большая требуется мощность накачки. В усилителях EDFA, рассчитанных на большое количество каналов, часто используется несколько лазеров накачки.
Рисунок 2. Схема EDFA
Для накачки усилителей EDFA подходят лазеры с длинами волн излучения 980 нм и 1480 нм. Излучение обеих длин волн соответствует уровням энергии возбужденных ионов и хорошо поглощается волокном, легированным эрбием. Однако при выборе того или иного типа лазеров накачки приходится идти на компромисс. С одной стороны, усилители EDFA с лазерами 980 нм обладают более низким коэффициентом шума, чем усилители с лазерами 1480 нм, что лучше для многоканальных систем и предусилителей систем DWDM. С другой стороны, использование лазеров 1480 нм позволяет создать более мощные усилители за меньшую цену. Выбор осложняется тем, что тип лазеров накачки необходимо определить в самом начале проектирования сети, когда еще не известно окончательное число каналов и достаточно сложно определить, что важнее - высокая мощность усилителя или низкий уровень его шума. В некоторых усилителях EDFA используется накачка на двух длинах волн, что позволяет совместить преимущества обоих способов.
Если лазерный передатчик выдает в волокно с типичным затуханием 0,2 дБ/км в области длины волны 1550 нм сигнал мощностью +16 дБм, то после прохождения 80 км мощность этого сигнала упадет до уровня 0 дБм (1 мВт) (не учитываются другие источники потерь, таких как стыки и т. д.). Если же лазер выдает сигнал мощностью 0 дБм, то при прохождении тех же 80 км он понизится до уровня -16 дБм. На первых этапах развития волоконно-оптической связи лазеры имели относительно низкую мощность, и сигнал необходимо было восстанавливать электронными методами при прохождении расстояний много меньших, чем 80 км. Электронный повторитель получал оптический сигнал, преобразовывал его в электрический, усиливал и снова преобразовывал в оптический. Хотя эта технология не имела спектральных ограничений и позволяла с равным успехом восстанавливать сигналы как на 1310 нм, так и на 1550 нм, она была достаточно сложной, а увеличение скорости передачи системы требовало замены повторителей.
В последнее время актуальной становится концепция арендованной длины волны, которая предоставляет заказчикам возможность полного контроля над содержанием и форматом передаваемой информации независимо от выделенной сетевой инфраструктуры. Покупка сквозной длины волны выгоднее, чем аренда резервных "темных" волокон.
ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
УДК 621.319.019
Э.А.Акчурин, К.Э. Акчурин
Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики
КОРРЕКЦИЯ СИГНАЛОВ ДАННЫХ ВЕЙВЛЕТНЫМИ ФИЛЬТРАМИ
В настоящей работе исследовано применение вейвлетных фильтров для коррекции сигналов данных с целью сжатия их спектра. При исследованиях использован графический интерфейс Wavelet 1D системы компьютерной математики MATLAB. Для анализа сформирован сигнал данных прямоугольной формы. В окне инструмента отображаются: исходный сигнал, результат декомпозиции, сигналы деталей на разных уровней, списки выбора параметров, кнопки запуска команд.
На рис.1 - 4 представлены результаты анализа для наиболее часто используемых семейств вейвлетов (bior, dmey, db, sym, coif, rbio). Для каждого семейства выбран характерный представитель и результаты даются для двух уровней декомпозиции.
Рисунок. 1. Вейвлет bior 3.3, уровни декомпозиции 3 и 4
Рисунок. 2. Вейвлет dmey, уровни декомпозиции 3 и 4
Рисунок. 3. Вейвлет db5 (или sym5 и coif5), уровни декомпозиции 2 и 5
Рисунок. 4. Вейвлет rbio 1.5, уровни декомпозиции 3 и 4
Выводы:
1. Применение вейвлетов позволяет улучшить параметры устройств коррекции сигналов данных для сжатия их спектра. Для конкретного применения необходимо подбирать тип вейвлета, наилучшим образом решающего задачу.
2. Конкретный вейвлет из возможного набора следует выбирать по сложности фильтров декомпозиции, а также по способу формирования их коэффициентов. В частности если предусматривается вычисление коэффициентов, то вейвлет Добеши мало привлекателен, так как он не имеет аналитической функции Psi.
Литература
1. Daubechies I. Orthonormal bases of compactly supported wavelets. Comm. Pure applied mathematics. v.41, 1988.
2. Mallat S. A theory for multiresolution signal decomposition: the wavelet representation //IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1989, №7. P.674-693.
УДК 621.396.97
И.А. Стефанова
Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики
ОЦЕНКА ДОПУСТИМОЙ СТЕПЕНИ ОКРУГЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ
Важнейшие характеристики любой системы цифровой обработки звуковых сигналов в значительной мере определяются эффективностью системы сжатия. В настоящее время повышение эффективности сжатия связано с обработкой звуковых сигналов в частотной области, что позволяет учитывать психакустические свойства слуха человека. При этом скорость цифрового потока на выходе вторичного кодера звукового сигнала в значительной мере определяется степенью округления компонент спектральной выборки.
В настоящее время процесс округления спектральных компонент звуковых сигналов рассматривается как увеличение шага квантования, а соответствующие искажения интерпретируются как шум квантования. Однако такая интерпретация справедлива применительно к временным отсчетам. В случае же спектральных выборок округление более целесообразно представлять как прямоугольную амплитудную модуляцию спектральных компонент с частотой fмод = 1/Тв, где Тв - временная длина выборки первичного цифрового сигнала. Тогда для оценки допустимой степени округления спектральных компонент можно использовать такое психоакустическое свойство слуха, как пороговое восприятие изменения интенсивности тона [1]. На этой основе и при учете модели А.В. Римского-Корсакового представления звуковых сигналов [2] получено аналитическое выражение, позволяющее оценить число двоичных разрядов, необходимое для кодирования спектральных компонент звуковых сигналов:
q = ? log2(1/(m) ?, (1)
где m = m(2·?F?) + m(fмод) - 0,158) - коэффициент минимально ощущаемой прямоугольной амплитудной модуляции, а ?F? - ширина полосы частот случайного низкочастотного модулирующего процесса ?т(t).
На основании (1) можно сформулировать принцип оптимального распределения двоичных разрядов при кодировании компонент спектральной выборки: каждая из немаскируемых спектральных компонент звукового сигнала должна представляться q двоичными разрядами. В результате искажения, вызванные их округлением, повторяют форму спектра звукового сигнала, вследствие чего обеспечивается максимальная эффективность кодирования. Результаты расчетов, проведенных для систем передачи звуковых сигналов с различной рабочей полосой, свидетельствуют о целесообразности отказа от используемого в настоящее время алгоритма кодирования с поблочно-плавающей запятой.
Однако практически реализовать правила округления не просто. Поэтому обычно применяют операцию усечения, при которой не происходит увеличения передаваемой части спектральной компоненты на единицу младшего разряда, если отбрасываемая часть превышает половину ее максимального значения. В результате в приемной части оценка значения спектральной компоненты является смещенной, что приводит к увеличению мощности соответствующих искажений и, следовательно, к необходимости передачи, по крайней мере, одного дополнительного разряда. Тем не менее, можно выработать правило обработки принятых спектральных компонент, полностью возмещающее операцию округления. Показано, что поскольку обычно старший разряд является знаковым и передача осуществляется в дополнительном коде, как увеличение, так и уменьшение усеченной компоненты сводится к добавлению после принятых q ее разрядов еще одного, всегда равного единице.
Для окончательного решения вопроса о допустимой степени округления спектральных компонент звуковых сигналов остается рассмотреть динамику поведения спектральных компонент в последовательности спектральных выборок. Как показывает анализ, на стыках спектральных выборок для каждой компоненты fт образуются дополнительные округления. Обусловленные ими искажения можно интерпретировать как добавление к сигналу тонального импульса длительностью tт и интенсивностью 10?lg(1/m2). При маскировке таких импульсов порог слышимости, характерный для стационарного тона частотой fт, может быть увеличен на величину ?. Исходя из условий маскировки тональных импульсов [3], сформулированы следующие принципы кодирования спектральных компонент звуковых сигналов без ухудшения субъективного качества восприятия звука:
1. При Тв > tт тональный импульс маскируется сигналом, если ? > 10?lg(1/m2) и q определяется в соответствии с (1). В противном случае q = ? log2(2/m) ?. Последнее соотношение справедливо и при Тв = tт.
2. При Тв < tт тональный импульс маскируется сигналом, если ? > (n - 1)?10?lg(1/m2) и q определяется в соответствии с (1). В противном случае q = ? log2(n/m) ?.
На основании сформулированных принципов кодирования выработана методика оптимального распределения двоичных разрядов при кодировании амплитуд спектральных компонент в базисах дискретных ортогональных преобразований с сохранением высокого качества субъективного восприятия звука.
Библиография
1. Zwicker E. Psychoacoustics. Springier - Verlag - Berlin - Heidelberg - New York, 1982. P. 390.
2. Римский-Корсаков А.В. Статистические свойства радиовещательного сигнала // Акустический журнал. - 1960. - т.6. - Вып. 3. - С. 360-369.
3. Цвикер Э., Фельдкеллер Р. Ухо как приемник информации / Пер. с немец. Под ред. Б.Г. Белкина. - М.: Связь, 1971. - 256 с.
УДК 621.396.97
И.А. Стефанова, М.А. Стефанов
Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики
ОПТИМИЗАЦИЯ ВРЕМЕННОГО ПАРАМЕТРА ЭФФЕКТИВНОСТИ СЖАТИЯ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ
Одним из параметров, определяющих эффективность сжатия звуковых сигналов, является длина выборки Тв первичного цифрового сигнала. По имеющимся сведениям с увеличением Тв коэффициент сжатия увеличивается. Однако до сих пор не вполне ясно оптимальное значение Тв. Экспериментально решить эту задачу весьма затруднительно, а результаты теоретических изысканий внушают сомнения вследствие их существенного разброса.
Оптимизировать длину выборки первичного цифрового сигнала можно с точки зрения максимально допустимой степени округления спектральных компонент. Но такой механический подход переводит свойство порогового восприятия изменения интенсивности сигнала в причину, определяющую значение Тв, хотя соответствующая зависимость говорит как раз об обратном. Поэтому, прежде всего, необходимо определить условия, позволяющие считать параметр Тв оптимальным. Эти условия можно сформулировать следующим образом:
1) выявленные вторичным кодеком избыточные спектральные компоненты, не должны отличаться, по крайней мере, существенно, от компонент, в числе прочих устраняемых слуховым анализатором;
2) обеспечивается возможность достаточно точного восстановления динамики изменения спектра во времени.
Первое условие определяет необходимость высокой точности моделирования кривых маскировки. Однако эффективность использования избирательного свойства слуха непосредственно зависит от плотности распределения компонент спектральной выборки, что, в свою очередь, определяется частотным расстоянием. При этом интерес представляет частотное расстояние ?f, при котором еще сохраняется высокое качество субъективного восприятия звука. Очевидным подходом к решению этого вопроса является выбор частотного расстояния в соответствии с разрешающей способностью слуха по частоте. Это значение нетрудно оценить на основе анатомического строения спирального органа слуха, являющимся воспринимающим аппаратом звуковых колебаний. В соответствии с этим ?f составляет порядка 1 ГЦ и обусловливает временную длину выборки порядка 0,5 секунды. Такая задержка между смежными спектральными выборками вдвое превышает интервал инерционности слуха, что явно отрицательно скажется на качестве субъективного восприятия звука. С другой стороны известно [1], что связующим звеном между частотой как параметра раздражения и частотой как параметра субъективного ощущения является высота тона. Более того, между минимально ощущаемым изменением высоты тона fт и минимально ощущаемой девиацией ? его частоты существует взаимно однозначное соответствие [2]. На этом основании можно предположить, что при обработке ЗС слуховой анализатор разделяет их спектр на полосы минимально ощущаемой девиации, интенсивность каждой из которой локализует в наиболее интенсивной их компоненте, после чего посредством соответствующих КМ формирует порог слышимости. Но тогда ?f естественно искать из условия минимально ощущаемой девиации тона ?(fт): ?f(fт) ? 2·?(fт).
На основании экспериментальных данных, приведенных в [2], получена аналитическая зависимость ?(fт), причем для различной частотной чувствительности слуха:
?с(fт) = -0,188?lg(?Fс(fт)) - 312,33?bin(-12?10-5??Fс(fт)) + 315,2?, Гц,
где bin(х) = 2х. Однако зависимость ? от частоты противоречит дискретным ортогональным преобразованиям, предполагающим одинаковое частотное расстояние для всех компонент спектральной выборки. Тем не менее, существует простой путь решения этого конфликта - выбрать в качестве ?f усредненную ступень частоты .
Второе требование относительно оптимизации временного параметра непосредственно связано с временной длиной выборки Тв первичного цифрового сигнала. Согласно модели А.В. Римского-Корсакова [3] динамика изменения спектра определяется модулирующим процессом ?т(t). На этом основании частота следования спектральных выборок 1/Тв одновременно является частотой дискретизации процесса ?т(t). Пусть его спектр ограничен сверху частотой F?. Тогда в соответствии с теоремой А.В. Котельникова процесс ?т(t) будет восстановлен достаточно точно, если 1/Тв ? 2?F?. Отсюда достаточное условие восстановление динамики изменения спектра без заметных на слух искажений будет иметь вид: Тв ? 1/(2?F?).
Таким образом, ?f и Тв являются составляющими единого временного параметра эффективности сжатия звуковых сигналов, характеризующего эффективность устранения спектральной избыточности. Они некоррелированы, но, тем не менее, связаны между собой посредством частоты дискретизации. Эта связь проявляется в условии оптимизации временного параметра: временной параметр эффективности сжатия можно считать оптимальным при выполнении последнего соотношения и частоте дискретизации ? Fд?F?/?f, где Fд - исходная частота дискретизации.
Библиография
1. Радиовещание и электроакустика: Учеб. пособие для вузов / С.И. Алябьев, А.В. Выходец, Р. Гермер и др.; Под ред. Ю.А. Ковалгина. - М.: Радио и связь, 2002. - 798 с.
2. Цвикер Э., Фельдкеллер Р. Ухо как приемник информации / Пер. с немец. Под ред. Б.Г. Белкина. - М.: Связь, 1971. - 256 с.
3. Римский-Корсаков А.В. Статистические свойства радиовещательного сигнала // Акустический журнал. - 1960. - т.6. - Вып. 3. - С. 360-369.
УДК 621.391
Е.Г.Жиляков, Г.Н. Кузьменко
Белгородский государственный университет, ОАО "ЦентрТелеком"
РЕГИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Развитие телекоммуникационных технологий привело к изменениям принципов и методов построения, а также путей развития современных цифровых сетей связи. Без современной высокотехнологичной среды передачи и распределения информации невозможен научно-технический прогресс и социальное развитие регионов страны.
Процессы конвергенции и интеграции сетей пакетной коммутации и традиционных сетей коммутации каналов определяют тенденцию их объединения в качественно новую структуру - многоуровневые мультисервисные телекоммуникационные сети с интеграцией услуг (МСС). Региональные компании, предоставляющие услуги связи, сталкиваются с необходимостью эффективного управления как процессом функционирования самой сети, так и процессами предоставления услуг и ведения бизнеса в условиях быстрого роста объемов и сложности оборудования, а также состава и объемов предоставляемых услуг, поэтому системные исследования по принципам построения, структуре, составу автоматизируемых функций и алгоритму функционирования системы управления МСС имеют актуальное значение.
Динамичность развития отрасли связи, постоянное расширение спектра предоставляемых потребителю телекоммуникационных услуг приводят к необходимости развития системных аспектов создания и развития МСС, учитывающих изменения в сфере деятельности региональных операторов и телекоммуникационных компаний. В рамках данной работы :
> выполнен системный анализ задач и проблем, стоящих перед региональным оператором электросвязи Российской Федерации в составе МРК при создании и развитии многоуровневых мультисервисных сетей с интеграцией услуг;
> систематизированы структурные аспекты построения МСС в России, учитывающие особенности использования на транспортном уровне МСС и на уровне доступа перспективных технологий SDH (Synchronous Transfer Mode), ATM (Asynchronous Transfer Mode), TCP/IP (Internet Protocol), MPLS (Multiprotocol Label Switching) и GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching), FR (Frame Relay) и их вариаций;
> рассмотрены технические и организационные аспекты представления интегрированных мультисервисных услуг, выполнен прогноз их востребованности в рамках рассматриваемой МСС;
> рассмотрены и реализованы принципы построения системы управления МСС, как комплексной многоуровневой системы, в состав которой входит как подсистема управления технологическими процессами на нижних уровнях управления (управления элементами сети), так и организационная подсистема на верхнем уровне управления (управления бизнесом).
> предложена рациональная этапность работ по созданной региональной МСС, учитывающая экономические возможности компании и тенденции роста востребованности услуг в телекоммуникации;
> разработаны методы оценки и прогнозирования надежности функционирования МСС, отличающиеся тем, что в них учитываются особенности сложной топологии МСС, а также особенности технологических решений в оборудовании перспективных информационных технологий, предложены подходы к оценке функциональной надежности МСС;
> предложены методы повышения надежности МСС путем рационального использования имеющихся в составе МСС естественных и дополнительно введенных ресурсов. Установлены граничные условия, определяющие объем дополнительных средств для защиты МСС от функциональных отказов.
УДК 681.3
Н.Н. Васин, М.С. Елеференко
Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики
ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ УСТРОЙСТВ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ С ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ
Помехи, проникая в измерительные цепи преобразователей, приводят к увеличению погрешности измерения, а в ряде случаев могут полностью нарушить режим работы измерительной системы. Вопросы подавления помех особенно актуальны в случае преобразования сигналов низкого уровня, к которым относятся сигналы термоэлектрических датчиков, передача которых с вращающегося объекта рассматривается в настоящей работе.
В устройстве передачи измерительных сигналов с вращающегося объекта [1] подавление помех, проникших в измерительную цепь, производится за счет интегрирования информационного сигнала Uх, на периоде Ти (рис.1).
Рис.1. Сигналы устройства передачи
Интегрирование сигнала подавляет высокочастотные составляющие помех, проинтегрированный сигнал Uинт является однополярным, что облегчает его дальнейшее преобразование. Однако на вход измерительного устройства могут воздействовать низкочастотные помехи, что приведет к искажению выходного сигнала Uинт(t). Интеграл от постоянной помехи будет являться линейно возрастающей функцией Рс(t). Для устранения влияния постоянной помехи достаточно определить амплитуду сигнала в конце периода интегрирования Uинт(t4) = Рс(t4) = Рс и скорректировать измеряемый сигнал следующим образом:
Uинт = Uинт - Рс/2. (1)
Наиболее мощными и доставляющими наибольшие неприятности являются помехи промышленной частоты 50 Гц и её гармоник. При воздействии гармонической помехи искажение сигнала на выходе интегратора будет определяться не только соотношением сигнал/помеха, но и частотой помехи, ее фазой на момент начала интегрирования, а также длительностью периода интегрирования. Описанный выше способ подавления помехи (1) позволяет лишь частично снизить влияние гармонической помехи, поскольку Рс /2 ? ?U. Величина ?п = Рс /2 - ?U будет определять погрешность измерения, вносимую гармонической помехой.
При интегрировании гармонической помехи единичной амплитуды с произвольной начальной фазой ? на интервале [t1, t4] получим
. (2)
Поскольку в начале и в конце интервала интегрирования тактовые импульсы ТИ обнуляют интегратор, то интегрирование начинается с нулевых начальных условий. Начальная фаза ? помехи может быть произвольной (от 0 до 2?), а длительность интервала интегрирования определяется скоростью вращения ротора и числом каналов системы
Tп = T0/m - tти = 1/ F0m - tти = 2?/??m - tти,
где T0 - период, ? = 2?F0 - частота вращения ротора, m - число каналов системы, tти - длительность тактового импульса.
Из расчета зависимости амплитуды проинтегрированной помехи от начальной фазы ? при различной длительности интегрирования Tп следует, что Рс = f (?) является периодической функцией и чем больше длительность интегрирования, тем больше амплитуда помехи. С уменьшением скорости вращения ротора интервал интегрирования растет, амплитуда помехи и, соответственно, погрешность возрастают.
Для эффективной борьбы с влиянием низкочастотных помех предложено производить два измерения сигнала Uх в моменты t2 и t3 (рис.1) на интервале времени Тизм и определять амплитуду двуполярного сигнала
Ux = Ux(t2) - Ux(t3). (3)
Поскольку интервал измерения Тизм значительно меньше интервала интегрирования Ти, то влияние низкочастотных помех при использовании предложенного метода будет существенно ослаблено по сравнению с ранее использовавшимся методом интегрирования Uх за период Ти.
Библиография
1. А. с. 1619070 СССР, МКИ5 G 01 K 13/08. Устройство для измерения температуры вращающихся объектов / Н.Н. Васин (СССР) - № 4437133 / 10; Заяв. 06. 06. 88; Опубл. 07. 01. 91, Бюл. № 1. - 122 c.
УДК 621.396
Н.Н. Васин, И.В. Ротенштейн, С.В. Кузьмин
Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики
АЛГОРИТМ СОВМЕСНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ПРИ РАЗЛИЧЕНИИ РЕЧИ И ПОМЕХИ СОИЗМЕРИМОГО УРОВНЯ
В настоящее время задача совместного различения речевого сигнала и помехи, находящихся в одной полосе частот и соизмеримых по уровню, решена не в полной мере. В известных алгоритмах совместной обработки сигналов в основном используются спектральные характеристики на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ), что требует значительных вычислительных затрат.
В докладе предложен метод, позволяющий достоверно различать речевой сигнал и помеху по их форме, основанный на сравнительном анализе изменения наиболее информативных параметров на соседних участках сигнала, что существенно упрощает обработку сигнала в реальном масштабе времени. Для этого качественно оцениваются различия параметров самих принимаемых сигналов. Основные параметры речевого сигнала существенно отличаются на участках, где присутствует речь от тех участков, где присутствует только помеха. Шум, речь и наведённая помеха имеют различные статистические характеристики.
Для оптимальной обработки сигнала и формирования адаптивного порога различения необходимо исключить влияние энергетических параметров. Для этого вместо разности изменения динамического диапазона и среднего модуля сигнала берется их отношение. Это позволяет различить речь и помеху независимо от их уровней.
Существует критическая длина интервала анализа, при которой стационарность помехи ещё сохраняется, а речевой сигнал становится более случайным процессом. Только при таких условиях появляется возможность достаточно достоверно различить речь и помеху независимо от их уровней.
Обширные исследования реальных сигналов позволили оптимизировать длину интервала анализа исследуемого сигнала. Хотя оба сигнала носят случайный характер, помеха проявляет большую стационарность, чем речь. Это обусловлено наличием в речевом сигнале кроме вокализованных звуков, похожих по своим параметрам на помеху, большого количества шипящих, свистящих, взрывных и твердых согласных, которые формируют более изрезанную форму передаваемого сигнала. Исследования изменений параметров речи и помехи проводились при длине интервала анализа от 10 до 150 мс и показали, что на коротких интервалах менее 25 мс стационарности параметров принимаемого сигнала, не зависимо от его характера, практически не наблюдается, что подтверждает теоретические предположения.
На интервалах от 30 до 100 мс речь, сохраняет случайный характер, зато наведённая помеха начинает проявлять заметную стационарность. Поэтому различие исследуемых информативных параметров достигает наибольших значений, по которым уже можно предполагать наличие в канале речи или помехи.
При длине интервала анализа свыше 100 мс стационарность речевого сигнала и помехи по исследуемым параметрам практически не различаются.
Таким образом, было выявлено, что при длине интервала анализа около 50?70 мс наблюдается наибольшее различие статистических параметров речевого сигнала и наведённой помехи.
На основе предложенного метода разработан алгоритм, позволяющий снизить шум в паузах речи до "комфортного" уровня. Цифровой анализатор по изменению динамического диапазона обрабатываемого сигнала, изменению его среднего модуля, средней частоты на интервале анализа выносит решение о принимаемом сигнале. В предложенном алгоритме после различения помехи и речевого сигнала, речь передается без изменений, а помеха ослабляется до минус 40дБ.
Поскольку время спада речевого сигнала и пауз между слогами длится до полутора секунд, то уменьшение коэффициента передачи происходит постепенно в течение 1,5? 2 секунд. В предложенном алгоритме применяется закон спада коэффициента передачи по геометрической прогрессии, что позволяет сгладить переход от речи к паузе.
Результатом реализации алгоритма различения речи и помехи соизмеримого уровня являются программно-аппаратные средства, которые работают в режиме реального времени. Задержка на обработку сигнала составляет всего 50 мс, что не уловимо на слух.
Литература:
1. Ротенштейн И.В. Анализ параметров различия речевого сигнала и помехи соизмеримого уровня. Инфокоммуникационные технологии. Том 3, № 3. г.Самара 2005.
2. Васин Н.Н., Ротенштейн И.В. Оптимизация длины интервала анализа оценочного метода определения тональной частоты. Инфокоммуникаци-онные технологии. Том 3, № 2. г.Самара 2005.
УДК 681.128.56
Акульшин В.Н.
Главный инженер Уфимской ГТС
ЗАДАЧИ ЭФФЕКТИВНОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ СЛУЖЕБНЫХ ПОДСИСТЕМ ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ
Стремительное развитие информационных технологий и телекоммуникационных систем приводит к необходимости проведения модернизации и различного рода реконструкций парка эксплуатируемого оборудования. В среднем, по данным статистики [1], каждые пять лет происходит полное обновление состава телекоммуникационного оборудования, предлагаемого на рынке, при этом срок службы как линейных сооружений, так и устройств систем передач - каналообразующего оборудования, коммутационных станций, маршрутизаторов, мультиплексоров и т.д. - составляет, как минимум, двадцать лет. Безусловно, новое оборудование, обладающее улучшенными техническими характеристиками, позволяет расширить круг решаемых телекоммуникационных задач и всегда является более привлекательным для оператора. По этой очевидной причине развёртывание новых телекоммуникационных объектов в основном (с учётом экономического обоснования) производится с привлечением последних модификаций устройств. Так, на Уфимской городской телефонной сети (УГТС) на вновь вводимых в эксплуатацию телефонных станциях (АТС 44/48) была установлена цифровая коммутационная система с программным управлением С&С 08. Современное оборудование, рассчитанное на предоставление проводной телефонной связи с услугами ISDN, обеспечило дополнительные 10 тысяч номеров. К экономическим факторам в приведённом примере следует отнести степень востребованности (и соответственно, оправданности) предлагаемых новых услуг на текущий момент в данном территориальном районе. В случае г. Уфы услуги ЦСИС оказались недостаточно востребованными по причине как дороговизны и малой распространённости абонентского оборудования (в том числе узкополосности используемых абонентских кабелей), так и использования новой системы передачи под транспорт цифровых сигналов (скоростной выход в Интернет) без привлечения широкополосного доступа ISDN. Тем не менее, несмотря на несколько более длительный реальный срок окупаемости оборудования в сравнении с планируемым, построение нового сетевого сегмента с использованием перспективных технологий является грамотным решением.
Несколько иначе обстоит дело с оборудованием, уже находящимся в эксплуатации. Известно, что полная и единовременная замена уже эксплуатирующихся устройств на вновь предложенные на рынке телекоммуникаций, производится в исключительно редких случаях - как по причине нелогичности значительных и неоправданных финансовых затрат, так и из-за невозможности остановки (даже временного перерыва эксплуатации) системы передачи. Соответственно, возникает необходимость адаптации имеющихся устройств под новые задачи и аппаратные модульные блоки с учётом не только программного обеспечения (протоколов), но и типов используемых сигналов (структуры сигналов, требований к уровню допустимых искажений). Последнее, как правило, является наукоёмкой задачей, решаемой с привлечением специально разрабатываемых методик [2].
Примером из реальной практики эксплуатации телекоммуникационных систем может служить следующее. Демонтаж аналоговых декадно-шаговых АТС на Уфимской городской телефонной сети с введением цифровых телефонных станций был начат с АТС-22/23. Выбор устанавливаемой цифровой коммутационной системы (в данном случае С&С 08) был обусловлен как широкими возможностями оборудования в области современных систем сигнализации (EDSS1, полная версия ОКС № 7), так требованием поддержки аналогового протокола R-1,5, что связано с наличием ряда других аналоговых АТС, по-прежнему находящихся в эксплуатации. Безусловно, определение "маршрута модернизации", т.е. выбор тех станций, реконструкция которых будет произведена первой, зависит от сопутствующих факторов. Так, в рассматриваемом случае указанные станции являлись частью коммутационного узла в структуре АТС-29, обеспечивающей связью ведомственных операторов г.Уфы. Очевидно, что выполненная модернизация позволила исключить излишнюю перекоммутацию сигналов (преобразование "цифра-аналог" и далее "аналог-цифра"), поступающих к (от) сетям (ей) ведомственных операторов, тем самым снизить их искажения и улучшить качество обслуживания.
Здесь задача адаптации была сведена к разработке стыковочного оборудования, обеспечивающего корректность взаимодействия новых и эксплуатирующихся устройств - как по структуре сигналов (байтовая, цикловая структура, сигнальные команды), так и по их физическим уровням (физическим способам передачи). Приходилось использовать преобразователи сигналов (сигнальных протоколов), которые, как правило, были выполнены по заказу УГТС.
В качестве аналогичного примера по применению согласующих устройств с отдельной доработкой используемого оборудования можно привести опыт введения в эксплуатацию сети доступа с интеграцией услуг Honet на УГТС, являющейся, по сути, элементом концепции "волокно-в-дом" [3, 4]. Результаты работ по проведению модернизации (на примере АТС-78) показали необходимость как замены источников электропитания (для обеспечения требований по мощности и надёжности), так и потребность в переконфигурации существующей сети.
С целью снижения трудоёмкости работ по модернизации сети и соответствующих затрат оператора, производители телекоммуникационного оборудования (руководствуясь также нормативными рекомендациями) закладывают определённые возможности по его реконструкции. В этом случае снимается как таковая задача адаптации, следует лишь воспользоваться заложенными функциями. Именно по этой причине система сигнализации ОКС № 7 представляется весьма перспективной и привлекательной для операторов. Если продолжить рассмотрение системы телекоммуникаций УГТС, то можно сказать, что внедрение полной версии платформы SCCP в 2002 г. обеспечило возможность использования услуг интеллектуальной сети (на основе подсистемы INAP-R) дополнительно к ТфОП для всех абонентов УГТС включая ведомственных операторов. Однако вновь по финансовой причине (из-за недостаточности рекламы) из 32-х видов предполагаемых услуг были реализованы всего лишь четыре (8-800, 8-803, 8-806 и 8-809).
Перечисленными выше примерами отнюдь не ограничивается список фактов эффективной модернизации (с достижением требуемого результата по основным параметрам качества) эксплуатирующейся сети УГТС. Очевидно также, что несложно привести множество аналогичных примеров, касающихся и других телекоммуникационных систем в настоящее время. Всех их общим свойством является факт состоявшейся модернизации (в полной или не в полной мере) на основе технических решений производителя либо оператора в согласии с действующими нормативно-техническими документами. В качестве обобщения заметим, что когда не удавалось воспользоваться опциями, предусмотренными производителем (разработчиком) программно-аппаратных средств телекоммуникаций, оператор прибегал к услугам инженеров связи и опытно-конструкторским разработкам. При полном устаревании оборудования, последнее изымалось из эксплуатации, однако режим производимых действий предусматривал "мягкую замену" без остановки системы передачи. Успешный исход этих мероприятий был обусловлен принципиальной совместимостью используемого оборудования.
Рассмотрим подробнее последний тезис. Для иллюстрации отметим, что стремительное моральное устаревание свойственно не только узловому оборудованию или программным продуктам (для примера: ОКС № 1...6, 1934...1968 г.г., [5]), но и сетевым архитектурным решениям, т.е. принципам и концепциям, заложенным при построении топологии (см. Приложение Е - анализ концепций построения систем синхронизации в [6]). В этой связи неизбежно наступает момент, когда эксплуатируемая телекоммуникационная система может оказаться в принципе не масштабируемой до требуемых технических характеристик (битовой скорости, количества уплотнённых по длине волны каналов, разнообразий в подходах к построению виртуальных топологий [7], зоны охвата и т.д.). Здесь вновь хочется вернуться к примеру УГТС. Как было представлено в главе 2 монографии [6], а также в Приложениях E и F, требование о повышении битовой скорости с одновременным усложнением телекоммуникационных устройств и увеличением их количества приводит к необходимости повышения точности подводимого синхросигнала. В ответ на требование жизни производители поставляют на рынок новое оборудование систем синхронизации: задающие генераторы, BITS-технологии и многие другие устройства, введение в эксплуатацию которых позволяет в определённой мере решить поставленную задачу. Тем не менее, даже не говоря о значительной дороговизне предлагаемых решений и, порою, невозможности их использования по данной причине, существенное улучшение системы синхронизации требует и топологических доработок. Так в УГТС сигнал частотной синхронизации, передаваемый по потоку Е1 (2,048 Мбит/с), уплотняется в скоростной синхронный модуль. Некоторое время назад применяемый способ успешно работал и, как говорится, не обращая на себя "внимание" оператора. Но с усложнением телекоммуникационной системы вносимые алгоритмом синхронного группообразования (АСГ) погрешности в передаваемый синхросигнал оказались заметными, что стало приводить к ухудшению работоспособности сетевых устройств, в том числе к сбоям и остановкам в передаче информации (что соответственно нашло отражение в руководящих документах [8, 9, 10]). Причём заметим, что цифровое выравнивание АСГ, искажающее длительность временных интервалов уплотняемого синхросигнала, а значит - и синхроинформацию, всегда имеет место в сети, связано с реальным взаимодействием сетевых устройств и техническими характеристиками линейного тракта. Следовательно, данную операцию невозможно исключить, а частость её автоматического выполнения зависит от свойств конкретной телекоммуникационной системы.
Хотя в действующих руководящих документах [8, 9, 10] прописано требование о выделении отдельного (независимого) физического канала для передачи сигнала синхронизации, в реальной практике эксплуатации Российских систем передач уплотнение синхросигнала является весьма распространённым - прежде всего по финансовым причинам: из-за значительной дороговизны такого отдельного канала (по сути: отдельного световода). В такой ситуации для проведения эффективной модернизации сети оператор должен либо следовать НТД (в приведённом примере фактически перестроить заложенную концепцию построения эксплуатирующейся синхросистемы), соглашаясь на снижение коммерческих интересов, либо разрабатывать наукоёмкие методы повышения эффективности и принимать нестандартные решения.
К недостатку действий на основе требований стандартов можно отнести значительные финансовые потери оператора, включающие в себя как стоимость вновь приобретаемого оборудования, затрат на его настройку и эксплуатацию (в частности - выделение отдельного оптоволокна под синхросигнал, что исключает его коммерческое или служебное применение), так и в ряде случаев - молчаливое согласие о недолговечности технического решения, принятого в данный момент времени, и готовность к новым аналогичным финансовым затратам в случае очередного изменения существующей концепции построения телекоммуникационных систем. Безусловно, такой подход является весьма действенным с точки зрения реализации новых услуг и расширения областей приложений систем передач, так как гостовские технические характеристики и нормативные значения прописываются всегда "с запасом". Очевидной причиной излишних капиталовложений является общность стандартных подходов, рекомендуемых без привязки к конкретным сетям, что позволяет их эффективно использовать лишь операторам крупных сетей, имеющих, как правило, общенациональное значение.
Более мелким операторам, в том числе операторам ведомственных и корпоративных сетей, рекомендуемые НТД пути во многих случаях оказываются "не по карману", а значит даже выполненная таким способом модернизация не может считаться эффективной. Следует сказать, что для России такая ситуация является распространённой.
Подводя итог, обозначим сказанное выше как задачу технического противоречия, эффективное решение которой достигается в случае применения нестандартных решений и, возможно, выходящих за рамки действующих нормативных требований. Такие решения, учитывающие конкретные условия и особенности рассматриваемой телекоммуникационной системы, позволят с наименьшими затратами получить наибольший результат (по параметрам качества), следовательно, приведут к эффективной модернизации.
Литература
1. Андреев В.А., Бурдин А.В. Многомодовые оптические волокна. Теория и приложения на высокоскоростных сетях связи: Монография. - М.: Радио и связь, 2004. - 248 с.
2. Попов Г.Н. Основы построения цифровых линейных трактов и способы их оптимизации. - Новосибирск: Изд-во СибГУТИ, 2003. - 118 с.
3. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы: Сборник статей под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. - М.: Издательство "Connect", 2000. - 376 с.
4. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. - М.: Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 267 с.
5. Росляков А.В. Общеканальная система сигнализации № 7. - М.: Эко-Трендз, 1999. - 352 с.
6. Методы повышения работоспособности сетей связи с системой сигнализации ОКС № 7 в процессе эксплуатации / Султанов А.Х., Акульшин В.Н., Виноградова И.Л.. - М.: Радио и связь, 2005. - 278 с.
7. Mukherjee B. Optical Communication Networks. - Mc.Graw-Hill, 2001. - p. 576.
8. Руководящий технический материал по построению тактовой сетевой синхронизации на цифровой сети связи РФ. Принят Решением ГКЭС России от 1.11.1995 г. № 133, М.: ЦНИИС. - 1995. - 43 с.
9. Р 45.09-2001. Рекомендация отрасли по присоединению сетей операторов связи к базовой сети тактовой сетевой синхронизации. - М.: Минсвязи России. - 2001.- 46 с.
10. Руководящий технический материал по применению систем и аппаратуры синхронной цифровой иерархии на сети связи Российской Федерации. Принят Решением ГКЭС России от 5.03.1994 г. № 74, М.: ЦНИИС. - 1994. - 78 с.
УДК 622.32-52:004
Н.А. Тарасов, C.П. Мальков
Уфимский Государственный авиационный технический университет
СИСТЕМА ВИДЕОМОНИТОРИНГА РАБОТЫ БУРОВОЙ СТАНЦИИ
При разведочном и эксплуатационном бурении скважин на нефть и газ существует потребность в автоматизированном сборе, обработке, контроле параметров бурения и представлении Заказчику геологической, геохимической и технологической информации.
В настоящее время данные задачи решаются с помощью, например, станции геолого-технологических исследований "Геотест-5". Информация с датчиков параметров бурения поступают на персональный компьютер оператора станции через пульт бурильщика. Затем данные по сети Internet, через спутниковые системы связи или GPRS, поступают в центр обработки, затем к Заказчику.
К сожалению, эти данные не дают полного представления о соблюдении производственной и технологической дисциплины. В связи с этим становится актуальным видеомониторинг работы буровой станции.
Для объективной оценки необходима установка двух видеокамер, для наблюдения общего вида буровой станции и непосредственно устья скважины. Данная задача может быть реализована следующим способом: с видеокамер данные поступают на персональный компьютер оператора, где формируется сигнал для передачи по сетям связи (спутниковые системы связи или GPRS) до центра обработки. В данных системах применяются видеокамеры наружного наблюдения, подходит видеокамера МВК-8 фирмы "БайтЭрг" (Россия) предназначенная для работы в жёстких условиях (герметичное исполнение и широкий диапазон рабочих температур). Персональный компьютер оператора для синхронизации с видеокамерами должен быть оснащен картой видеозахвата с двумя входами и с поддержкой сетевых протоколов с возможностью удаленной работы с данной системой, один из вариантов карта GV-250-2 (Корея).
При видеомониторинге не требуется большой динамики и качества изображения, достаточно 1-2 кадра в минуту с разрешением 320х240 точек. Исходя из этого нам не требуется больших скоростей передачи данных от ПК оператора до заказчика. Оптимальным вариантом является передача через GPRS, в районах, с охватом сети сотовой связи. К персональному компьютеру оператора, как вариант, подключается сотовый телефон через DATA кабель, желательно с подключением выносной антенны. Данная система дешевле, но менее надёжна по сравнению со спутниковой системой связи. В районах, где нет охвата сети сотовой связи целесообразно использование спутниковой системы связи, например Nera World Communications.
Комплекс информации поступающих к заказчику от датчиков бурения и видео данные помогают представить ситуацию на буровой станции и прогнозировать возможные варианты, не выходя из кабинета.
УДК 681.391
Султанов А.Х., Кузнецов И.В., Тулебаев Д.Д.
Уфимский Государственный авиационный технический университет
РАЗРАБОТКА РЕЧЕВОГО КОДЕРА С НЕЛИНЕЙНЫМ ПРЕДСКАЗАНИЕМ
Развитие информационных технологий привело к росту объёма передаваемой информации. В связи с этим растёт необходимость в оптимизации и модернизации имеющихся телекоммуникационных сетей. Несмотря на значительное увеличение количества предоставляемых сетями связи неголосовых услуг, основной их задачей остаётся телефония, т.е. передача голосового трафика. Необходимо учитывать, что он обладает некоторой избыточностью. Её удаление при помощи речевых кодеров позволяет значительно уменьшить объём передаваемой информации.
В настоящее время одним из наиболее популярных стандартов сжатия речи является кодирование с линейным предсказанием. Оно позволяет при достаточно приемлемом уровне качества достичь скорости работы кодера до 9,6 кбит/сек [1]. Основными составляющими этого кодера являются фильтры кратковременного и долговременного предсказания. Входной сигнал поступает на вход предсказателя, который, используя линейную комбинацию предыдущих отсчётов сигнала, предсказывает значение текущего. Далее предаётся разница между предсказанным и истинным значением сигнала:
(1)
(2)
<< Пред. стр. 2 (из 13) След. >>
Список литературы по разделу