Методы анализа целостности сигнала в структурированных кабельных системах

• Автор: Шевчук, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил

Содержание
1. Проблема ЭМС и качество функционирования телекоммуникационного оборудования в производственных условиях
1.1. Обеспечение электромагнитной совместимости при интегрировании вычислительных сетей 4 .

1.2. Технические методы и средства обеспечения ЭМС

1.3. Стандарты на кабельные системы

1.4. Источники помех в цепях ТС

1.5. Постановка задачи

2. Разработка методов расчета электрофизических параметров витых пар

2.1. Анализ кодовых сигналов СКС

2.2. Влияние быстродействия системы на параметры линий связи

2.3. Анализ использования кабелей из витых пар
высокоскоростными сетевыми устройствами
2.4. Разработка методики расчета электрофизические параметров
витой пары
2.5. Повышение помехозащищенности кабельных систем
2.6. Выводы по главе 2 61.
3. Разработка метода расчета нарушения целостности
сигнала при рассогласовании
3.1. Анализ целостности цифрового сигнала
при его распространении по витой паре
3.2. Развитие метода характеристик для анализа помех отражений
3.3. Выбор и оптимизация волнового сопротивления линии связи
3.4. Неоднородности в линии связи
3.5. Согласование линии связи
3.6. Выводы по главе 3
4. Разработка методов распределенных вычислений и экспериментальных исследований
4.1. Математический пакет в проектировании линий связи
4.2. Разработка алгоритма расчета с применением пакета МаАешайса 88 .
4.3. Экспериментальные исследования
4.4. Анализ точности рефлектометрических измерений
4.5. Разработка методики экспериментального исследования межсоединений
4.6. Выводы по главе
5. Выводы по работе Литература

1 Проблема ЭМС и качество функционирования телекоммуникационного оборудования в производственных условиях
1.1. Обеспечение электромагнитной совместимости при интегрировании вычислительных сетей
По оценке специалистов проблема ЭМС выходит на ведущую позицию при разработке электронной и телекоммуникационной аппаратуры и систем на их основе [1 -11]. Широкое распространение вычислительных сетей (ВС) ставит новые задачи по обеспечению ЭМС [12 -16]. Это объясняется рядом факторов, важнейшими из которых являются:
• распределенная топология сетей, которая может формироваться по всему объему здания или производственного помещения значительной площади, что, в частности, усложняет проблему заземления электронного оборудования;
• постоянно повышающееся быстродействие вычислительных систем, что вызывает все более жесткие требования'к стабильности времен распространения сигналов по линиям связи и качеству согласования последних, а также снижает помехозащищенность систем;
• снижение энергетических порогов срабатывания микросхем, что увеличивает их чувствительность к воздействию внешних и внутренних помех различной природы;
• широкое применение искусственных материалов (пластмасс) как в аппаратуре, так и в оборудовании служебных помещений, что усложняет разработку экранов и способствует возникновению электростатических зарядов на аппаратуре и окружающих предметах и оборудовании.
Промышленность в настоящий момент переживает период коренной реконструкции. Основным ее направлением является повсеместное внедрение информационновычислительных систем, компьютерных технологий, внедрение локальных и глобальных вычислительных сетей и построение систем телекоммуникаций на их основе. При решении данной проблемы приходиться сталкиваться с рядом трудностей, которые определяются несовершенством инфраструктуры зданий и помещений, предназначенных для размещения аппаратуры нового поколения, отсутствием ряда стандартов и методик проектирования [17 - 18 ]. В первую очередь, это относится к задачам электромагнитной совместимости (ЭМС), поскольку устаревшее оборудование было относительно невосприимчиво к большинству типов помех, которые присутствуют в производственном помещении. Попытки решить проблему ЭМС на этапе отладки установленных телекоммуникационных систем (ТС) приводят к значительным затратам и в ряде случаев требуют коренной реконструкции помещений и переналадки оборудования. Очевидно, что наиболее приемлемым является решение проблемы ЭМС телекоммуникационного оборудования и соответствующих кабельных систем на возможно более ранних этапах их инсталляции, включая строительство зданий, отделку помещения, прокладку коммуникаций и структурированных кабельных систем (СКС), силовых цепей, выполнение заземления и т. п. В своих публикациях [13,17-31] автор работы рассмотрел основные задачи обеспечения ЭМС ТС, обосновал методы решения задачи сохранения целостности сигнала и разработал программные продукты, внедрение которых позволило суще-
2. Разработка методов расчета электрофизических параметров витых пар
2.1. Анализ кодовых сигналов СКС
При выборе принципов построения этой аппаратуры и используемых при ее создании схемотехнических решений разработчики обязательно учитывают параметры кабелей из витых пар как направляющей системы электромагнитных колебаний. Это позволяет существенно улучшить характеристики оборудования по дальности связи, пропускной способности и помехоустойчивости. Если подобный учет не будет выполнен, то возможны помехи в кабельной системе, которые рассмотрены в гл. 1, приводящие к искажению целостности сигнала. Кроме этого, знание электрофизических параметров витых пар и требований к передаче кодовых сигналов позволяют обосновано разрабатывать новые стандарты и требования.
Рассмотрим произвольную цифровую информационную посылку, которая образована последовательностью отдельных битов [14, 82, 87]. Каждый такой бит представляется в сетевом устройстве прямоугольным импульсом длительностью TJ2, где Т„ — длительность тактового интервала. Амплитуда импульса в соответствии с принципами цифрового представления сигналов может принимать только одно из двух фиксированных значений: логический 0 или 1. Передача таких элементарных посылок через канал связи выполняется последовательно с тактовой частотой fj = 1/ТИ. Наиболее простым способом доставки рассматриваемой последовательности от передатчика к приемнику является непосредственная ее передача в линию без применения каких-либо предварительных преобразований. Подобный способ представления сигнала получил название «кодирование без возврата к нулю», или кодирования NRZ (от англ. — Non Return to Zero). Термин «без возврата» в данном случае означает, что на протяжении всего тактового интервала не происходит изменения уровня сигнала.
В силу определенных причин применение NRZ-кодирования для передачи информации по трактам СКС является неоптимальным и в состав схем передатчика вводится кодер. В функции этого устройства входит выполнение предварительного преобразования сигнала, которое заключается в добавлении к исходной ■ информационной последовательности новых импульсов, изменении полярности и длительности исходных посылок. За счет этого линейный сигнал существенно лучше адаптирован к условиям передачи в линии связи. В ходе дальнейшего рассмотрения предполагается, что форма импульса кодером не меняется и остается прямоугольной. Таким образом, код в линии может существенно отличаться от кода исходной цифровой последовательности. На приемном конце декодер осуществляет обратное преобразование и восстанавливает исходное сообщение, которое поступает в приемник. К линейным кодам предъявляются требования, основные из которых могут быть сформулированы следующим образом:
• энергетический спектр линейного кода должен иметь минимальное содержание ВЧ-и НЧ-составляющих. При этом желательно, чтобы основная доля энергетического спектра была сосредоточена в относительно узком частотном диапазоне, так как это обеспечивает уменьшение искажений сигнала при ограниченной ширине полосы пропускания линейного тракта;
• статистические характеристики сигнала должны обеспечить устойчивую работу приемных устройств, а также возможность контроля ошибок в регенераторах;
• код не должен налагать ограничений на передаваемое сообщение и должен обеспечить любой последовательности нулей и единиц исходного сообщения;
• устройства кодирования и декодирования линейного сигнала, а также схемы . выделения тактовой частоты должны иметь максимально простую конструкцию;