Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ

Название	Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ
Разработчик (Авторы)	Черномаз Арсений Павлович, Цым Александр Юрьевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2698467
Дата регистрации	27.08.2019
Правообладатель	Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт связи ФГУП ЦНИИС
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Предложено устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ, обеспечивающее повышения достоверности работы УПС-ТФ при передаче кодовых последовательностей. Заявляемое устройство также осуществляет контроль и испытание правильной работы элементной базы собственного генератора случайных чисел УПС-ТФ за счет имитации сигналов взаимодействия с АМТС: «ВЫЗОВ», «ЗАНЯТИЕ» и «ОТБОЙ».

ОПИСАНИЕ

Сокращения

А.С. - Авторское свидетельство

АМТС - Автоматическая междугородная станция

ГТИ - Генератор тактовых импульсов

МПК - Международная патентная классификация

ПР - Проверочный режим

РБ - Рабочий режим

ССПС - Сотовая сеть подвижной связи

ТфОП - Телефонная сеть общего пользования

ТЧ-Р - Радиоканал тональной частоты

УДР - Устройство диагностирования работоспособности

УПС-ТФ - Устройство преобразования сигналов телефонных

ФЛ - Физическая линия

КО - Каналообразующее оборудование

Область техники

Изобретение относится к электросвязи, конкретно к оборудованию контроля и испытания корректной работы устройства преобразования сигнала для согласования с физической средой передачи данных. К данному оборудованию предъявляются требования функциональной устойчивости во времени.

Согласно международной патентной классификации (МПК) изобретение может быть отнесено к классам Н04В 17/00 (Электротехника. Техника электрической связи. Передача сигналов. Контроль и описание.).

Техническим результатом изобретения является повышения достоверности работы УПС-ТФ при передаче кодовых последовательностей, соответствующим сигналам взаимодействия «ВЫЗОВ», «ЗАНЯТИЕ» и «ОТБОЙ» с АМТС.

Предпосылки к созданию изобретения

В настоящее время УПС-ТФ представляет собой устройство преобразования импульсных сигналов в определенные кодовые последовательности, удобные для передачи по физической среде.

В ходе эксплуатации УПС-ТФ с различными видами аппаратов шифрования возникают проблемы в точности распознавания состояния абонента на станционной стороне, что связано с нарушением работы генератора тактовых импульсов в УПС-ТФ.

Генератор тактовых импульсов образует соответствующие кодовые последовательности для каждого из сигналов взаимодействия «ВЫЗОВ», «ЗАНЯТИЕ», «ОТБОЙ», которые передаются по физической среде в другой УПС-ТФ. Если генератор тактовых импульсов в передающем УПС-ТФ будет функционировать неправильно, т.е будет формировать неправильные кодовые последовательности отображения сигналов взаимодействия, то эти кодовые последовательности будут неправильно распознаваться в принимающем УПС-ТФ, следовательно, будут происходить сбои передачи данных о состояниях абонентов.

Исследования, проведенные авторами, показали, что ГТИ УПС-ТФ может функционировать неправильно из-за его элементной базы, следовательно, будут происходить сбои или задержки в передачи данных по физической среде, на которые потребуется дополнительное время для выяснения причины возникновения неполадки.

Аналогичные способы контроля

Аналогичный способ контроля и мониторинга используется, например, в А.С. RU 2521434 «Устройство и способ для выполнения функциональной проверки системы связи». Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для выполнения функциональной проверки системы связи в салоне самолета. Технический результат заключается в уменьшении помех службам вне самолета. Устройство для функциональной проверки системы связи содержит устройство управления, включающее генератор для генерации широкополосного шумового сигнала и передатчик для подачи высокочастотного сигнала (ВЧ) на излучающую линейную антенну, причем функциональная проверка проводится на уровне мощности таком низком, что излучение сигнала по излучающей линейной антенне находится ниже заданного предельного значения снаружи салона.

Прототип изобретения

В качестве прототипа принято устройство, реализующее способ, описанный в патенте А.С. RU 2526283 «Устройство определения вероятности ошибки на бит по флуктуациям фазы информационных сигналов», которое относится к радиотехнике, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи данных. Данное устройство обеспечивает непрерывную передачу полезной информации во всей выделенной частотной полосе, а также получение оценки вероятности ошибки на бит без введения избыточности. Данный способ передачи основан на накоплении массива измеренных разностей фаз между соседними посылками сигнала при передаче полезной информации и на восстановлении плотности распределения разностей фаз на основе накопленного массива. При этом плотность восстанавливается на основе доступных для оценивания параметров, а искомая оценка вероятности ошибки на бит определяется путем интегрирования оцененной плотности распределения разности фаз между двумя элементарными посылками в заданных пределах, в соответствии с используемой кратностью фазовой модуляции, предоставляя скользящую оценку качества канала связи.

Для обеспечения стабильной работы системы передачи данных необходимо осуществлять контроль качества передаваемых генерируемых тестовых сигналов по каналам связи. Критерием качества канала в цифровых системах связи является вероятность ошибки на бит.

Недостатками данного устройства являются:

1) передающая сторона формирует тестовый сигнал, представляющий собой модулированный псевдослучайный сигнал. Во время прохождения через канал этот тестовый сигнал изменяется за счет свойств канала, а также к нему добавляется случайный шум. На приемной стороне осуществляются прием сигнала и его демодуляция, а затем реализуется побитовое сравнение принятой последовательности бит с битами эталонной последовательности. Несовпадение сравниваемых бит считают ошибкой, т.к. недопустимо, чтобы тестовый сигнал при передаче по каналу связи претерпевал какие-либо искажения, и создавал проблему с распознаванием тестового сигнала на приемной стороне;

2) формирование псевдослучайных сигналов, что при каждой попытке сгенерировать новый тестовый сигнал из разных кодовых комбинаций 1 и 0, повышает сложность достоверного распознавания передаваемого тестового сигнала;

3) применение данного устройства требует прерывания передачи полезной информации на время, необходимое для передачи тестового сигнала. В реальном канале связи его характеристики меняются во времени, и при этом изменяется вероятность ошибки, поэтому эту операцию необходимо проводить периодически через определенные промежутки времени. Производимые для этой цели прерывания снижают информационную скорость передачи сообщений, и исключают возможность применить это устройство в системах непрерывной передачи данных.

Существо изобретения

Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ имитирует сигналы взаимодействия «Вызов», «Занятие», «Отбой» с АМТС, формируя определенные кодовые последовательности необходимой длительностью.

Внешний вид устройства диагностирования УПС-ТФ представлен на фигуре 1.

Условные обозначения на фигуре 1:

1 - УПС-ТФ;

2 - линия передачи информации в УПС-ТФ;

3 - линия приема информации из УПС-ТФ;

4 - тумблер СБРОС;

5 - тумблер ПУСК;

6 - тумблер выбора режима работы «РБ» или «ПР»;

7 - тумблер выбора длительности посылаемой кодовой последовательности 40 мс, 80 мс, 100 мс;

8-17 - светодиодная панель с названием ПЕРЕДАЧА из 10 красных светодиодов, символизирующая длительность посылаемой кодовой последовательности в пределах 10-100 мс;

18-27 - светодиодная панель с названием ПРИЕМ из 10 красных светодиодов, символизирующая длительность принимаемой кодовой последовательности в пределах 10-100 мс;

28 - блок питания.

Заявляемое устройство подключается к разъему «КО» УПС-ТФ по проводам «передача-прием»; источником питания для устройства является встроенный блок питания на 12 В от сети переменного тока ~220 В.

УПС-ТФ предназначено для передачи цифровой информации с высоким качеством по коммутируемым каналам телефонной сети общего пользования с двухпроводным окончанием и по выделенным каналам ТЧ с двухпроводным и четырехпроводным окончаниями, образованными проводными, радиорелейными, тропосферными, спутниковыми линиями связи.

УПС-ТФ обеспечивает:

- взаимодействие АМТС ССПС типа «Клевер» и «Полет», оборудованных аппаратурой комплекса «Разбег» через каналы сети ТфОП;

- взаимодействие ручного коммутатора П-209, оборудованного аппаратурой комплекса «Разбег» через каналы сети ТфОП;

- автономную и встречную работу с устройствами УПС-9,6 ТЧ-Р;

- встречную работу с зарубежными аналогами со стандартным алгоритмом синхронизации;

- эффективное использование низких по качеству каналов ТфОП и выделенных каналов;

- адаптацию скорости передачи информации к качеству канала связи;

- взаимодействие с АМТС ССПС по цепям, обеспечивающим передачу сигналов соединения и набора номера с высокой вероятностью установления соединения.

Проверочными режимами УПС-ТФ не предусмотрен контроль его функционирования по сигналам взаимодействия, поступающих на разъем «КО». В результате этого при определенных неисправностях УПС-ТФ возникают случаи, когда информация, поступающая от АМТС или коммутационного оборудования, передается по каналу тональной частоты неверно, и на приемной стороне модем "УПС-ТФ" не может определить сигнал взаимодействия. Для устранения этой проблемы было создано заявляемое устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ по сигналам взаимодействия.

Устройство проверки работоспособности УПС-ТФ подключается к разъему «КО» УПС-ТФ по стыку С1-ФЛ. Сигналы взаимодействия «Вызов», «Занятие», «Отбой» поступают на УПС-ТФ в цифровом виде определенной длительности:

- вызов абонента: 100 мс;

- отбой абонента: 80 мс;

- занятие абонента: 40 мс.

Данные сигналы характеризуются амплитудой 10 В и строгой последовательностью чередования единиц и нулей («101010101010…»).

Интерфейс устройства проверки работоспособности УПС-ТФ представлен на фигуре 2.

На лицевой панели устройства, представленной на фигуре 2, имеются:

4 - тумблер СБРОС;

5 - тумблер ПУСК;

6 - тумблер выбора режима работы «РБ» или «ПР»;

7 - тумблер выбора длительности посылаемой кодовой последовательности 40 мс, 80 мс, 100 мс;

Структурная схема устройства проверки работоспособности УПС-ТФ представлена на фигуре 3.

Перечень обозначений на фигуре 3:

2 - линия передачи информации в УПС-ТФ;

3 - линия приема информации из УПС-ТФ;

4 - тумблер СБРОС;

5 - тумблер ПУСК;

6 - тумблер выбора режима работы «РБ» или «ПР»;

7 - переключатель выбора длительности импульсов в пределах от 40, 80, 100 мс;

8-17 - светодиодная панель с названием ПЕРЕДАЧА из 10 красных светодиодов, символизирующая длительность посылаемой кодовой последовательности в пределах 10-100 мс;

18-27 - светодиодная панель с названием ПРИЕМ из 10 красных светодиодов, символизирующая длительность принимаемой кодовой последовательности в пределах 10-100 мс;

28-31 - резисторы MFP-25SCTD-0.25Вт - 120 кОм;

32-33 - резисторы MFP-25SCTD-0.25Вт - 1,3 кОм;

34-35 - резистор MFP-25SCTD-0.25Вт - 47 кОм;

36-37 - резистор MFP-25SCTD-0.25Вт - 10 кОм;

38-39 - конденсаторы К15-5-2кВ-471 пФ ±10%;

40 - конденсатор К10-17Б-16В - 47 нФ ±10%;

41 - конденсатор К10-17Б-16В - 10 пФ ±10%;

42-43 - микросхемы К554СА3;

44-46 - микросхемы К561ЛА7;

47-48 - транзисторы КТ-315Г;

49-50 - диоды выпрямительные Д220;

51-52 - контакты постоянного напряжения от блока питания.

Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ представляет собой приемопередатчик:

1) передатчик формирует импульсы определенной длины, и это длина отображается верхней полосой светодиодов;

2) приемник принимает эти импульсы и при помощи микросхемы 156ИЕ8 определяет длину переданной длительности импульсов, которая отображается нижней полосой светодиодов.

Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ имеет два режима функционирования:

1-й режим - проверка работоспособности самого устройства, когда оно отключено от УПС-ТФ и «завернуто на себя» для контроля правильности работы встроенного генератора импульсов;

2-й режим - совместная работа устройства с УПС-ТФ для контроля правильности функционирования УПС-ТФ, в котором организован шлейф информационных цепей.

Порядок работы устройства:

1) устанавливается режим работы «РБ» (аппарат в работе) или «ПР» (проверочный режим);

2) выбирается сигнал определенной длительности: 40 мс, 80 мс, 100 мс;

3) нажимается кнопка «СБРОС» для установки генератора импульсов в исходное состояние;

4) зажимается кнопка «ПУСК» для старта генератора импульсов;

5) верхняя полоса светодиодов отображает длительность посылаемых импульсов («РБ» или «ПР»);

6) нижняя полоса светодиодов отображает принимаемую длительность импульсов.

Если верхняя и нижняя полоса светодиодов показывает одинаковые последовательности передаваемых и принимаемых импульсов, то делается вывод о правильном функционировании устройства в проверочном режиме «ПР» либо в режиме «РБ» совместно с УПС-ТФ и, соответственно, о правильной работоспособности УПС-ТФ.

На фигуре 4 представлено применение устройства диагностирования работоспособности УПС-ТФ в комплексе.

Перечень обозначений на фигуре 4:

53-58 - телефонные аппараты;

59-60 - автоматические междугородние телефонные станция;

61-62 - шифровальные аппараты;

63 - устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ;

64-65 - УПС-ТФ - устройства преобразования сигналов.

Достоинства данного устройства:

1) простая элементная база;

2) простой интерфейс;

3) формирование тестовых сигналов в определенном виде последовательностей 1 и 0;

4) возможность применения данного устройства совместно с УПС-ТФ без прерывания передачи данных;

5) возможность проверки тестовых сигналов путем заворота устройства самого на себя;

6) полное и точное отображение сигналов взаимодействия «Вызов», «Занятие», «Отбой» во времени.

Литература

1. Соколов, Н.А. Телекоммуникационные сети. - М.: Альварес Паблишинг, 2004.

2. Гольдштейн, Б.С. Системы коммутации. - СПб.: БХВ, 2003.

3. Долотов, Д.В., Дагович, В.Л. Мультисервисные УПАТС. - Вестник связи, 2001, №11.

Формула изобретения

1. Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ, состоящее из следующих узлов: блока питания на 12 В, блока анализа принимаемой и передаваемой информации, состоящего из микросхем К554СА3 и К561ЛА7, выступающих в роли передатчика и приемника формируемых импульсных последовательностей нулей и единиц, светодиодная панель с названием ПЕРЕДАЧА из 10 красных светодиодов, показывающая длительность посылаемой последовательности нулей и единиц в пределах 10-100 мс, светодиодная панель с названием ПРИЕМ из 10 красных светодиодов, показывающая длительность принимаемой последовательности нулей и единиц в пределах 10-100 мс, микросхема 156ИЕ8, определяющая длину переданной длительности импульсов.

2. Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ по п. 1, отличающееся тем, что в случае выхода из строя блока питания или отсутствия наличия переменного питания в помещении, где установлено устройство, оно может получать питание от аккумуляторной батареи.

Изобретение "Устройство диагностирования работоспособности УПС-ТФ" (Черномаз Арсений Павлович, Цым Александр Юрьевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога