книги / Основы дальней связи

ных (СП Д ), в дальнейшем уделим основное внимание тем ха­ рактеристикам каналов связи, которые определяют качество передачи данных.

Г л а в а II

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕАЛЬНЫХ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Сведения о статистических характеристиках каналов свя­ зи позволяют найти оптимальные алгоритмы работы систем передачи данных, оценить эффективность используемого по­ мехоустойчивого кода, определить требования к узлам аппа­ ратуры передачи данных, использовать оптимальные способы фазирования и регистрации кодовых посылок. Ниже приво­ дятся основные статистические характеристики проводных

ирадиоканалов.

§II. 1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОВОДНЫХ КАНАЛОВ

Первичные характеристики

Основным типом проводных каналов для ПДИ являются стандартные телефонные каналы, созданные с помощью ВЧ систем уплотнения. Основными первичными статистическими характеристиками таких каналов являются: перерывы связи, импульсные помехи, флуктуационные шумы, фазо-частотная и амплитудно-частотная характеристики. Кроме того, при пе­ редаче дискретной информации по ВЧ телефонным каналам сказывается влияние нестабильности несущих частот ВЧ си­ стемы, остаточного затухания и ряда других факторов. Из пе­ речисленных характеристик наибольшее влияние на достовер­ ность при П ДИ оказывают перерывы и импульсные помехи.

Перерывы. Понижение уровня. Перерывом связи обычно считают понижение уровня принимаемого сигнала на 2 непе­ ра от номинального значения. Нижней границей длительно­ сти перерыва считается величина

tmi„ - 300 мсек.

Перерывы оцениваются:

1. Вероятностью перерыва Р пр.

Для различных каналов связи

Рпр = 5 -10 ~2 -г-1,4-10~5 .

2.Функцией распределения длительностей перерывов: а) логарифмический нормальный закон

Р { х ) = Р 1 ( l - P , ) ' - ' .

Параметр распределения Я, для различных каналов

Р1 = 0,35 — 0,68.

3.Распределением вероятностей длин интервалов между последовательными перерывами.

Геометрический закон:

Р{х) — Р[ (1 - Р \ ) х~ \

P I = 0,31 — 0,63 — для различных каналов.

4. Распределением вероятностей числа перерывов за дан­ ный отрезок времени.

Пуассоновский поток:

t — 60 мин),

X— среднее число перерывов за время t.

Поток пакетов может быть описан функцией распределе­ ния числа перерывов в пакете. Д ля проводных каналов дли­ тельность пакета превышает интервал времени в 1 секунду с вероятностью 0,5. Число перерывов в пакете невелико и с ве­ роятностью 0,7 не превышает 4. Поток пакетов во времени пуассоновский. Канал считается пригодным для передачи данных, если среднее число пакетов в час не превышает 8.

Следует указать на условность определения перерывов на уровне ниже номинального на 2 непера. По результатам ис­

следования ЦНИИС МС, в Стандартных телефонных каналах наблюдаются непрерывные изменения остаточного затухания, а значит, и уровня на приеме. Иногда уровень сигнала на при­ еме оказывается в течение нескольких часов заниженным на величину порядка 1,5 неп. Однако и в это время возможна пе­ редача данных, хотя и с пониженным качеством. Величина остаточного затухания на групповых измерительных частотах отклоняется от номинала на ± 1,5 неп, при среднеквадратич­ ном отклонении о = 0,1 -f- 0,5 неп.

Таким образом, даже без учета импульсных помех провод­ ные каналы не могут считаться стационарными, так как ко­ эффициент передачи канала является функцией времени.

Импульсные помехи—кратковременные возмущения в ка­ нале передачи данных—группируются в пакеты. Поток паке­ тов импульсных помех в паихудших условиях передачи дан: ных по каналу (во время проведения профилактических ра­ бот) соответствует пуассоновскому потоку. По данным ЦНИИС МС, в ВЧ телефонных каналах характерны следую­ щие соотношения для импульсных помех:

—импульсные помехи группируются в пакеты длительно­ стью до 10 мсек\

—амплитуда' помех достигает 2340 мв, наибольшее коли­ чество пакетов (60%) вызывается помехами с амплитудой

146—292 мв; пакеты, вызываемые импульсными помехами с амплитудами 1170—2340 мв, составляют около 6%;

— пакеты имеют длительность до 1 мсек в 45*г52% случа­ ев при амплитуде 146 м и в 67-~80% — при амплитуде 290-j-1170 мв;

— вероятность появления помех в разные дни различна.

Приведенные результаты получены в предположении рав­ новероятных полярностей импульсных помех.

В реальном канале происходит совместное действие иска­ жающих факторов. В некоторые моменты времени эти дейст­ вия могут бы^ь скомпенсированы, и ошибки не произойдет, в другие моменты искажающие факторы суммируются. Кро­

Использование вторичных статистических характеристик каналов ПДИ позволяет учесть совместное действие всех ис­ кажающих факторов, приводящих к снижению достоверно­ сти передачи.

Вторичные статистические характеристики

Краевые искажения. Многочисленные экспериментальные исследования позволяют аппроксимировать распределение величины -краевых искажений нормальным законом с ориен­ тировочными значениями математического ожидания и сред­ неквадратичного отклонения:

Числовые значения указаны в процентах от длительности кодовой посылки.

В зависимости от числа переприемов по низкой частоте

Дробления кодовых посылок. Дроблениями считаются кратковременные изменения полярности кодовых посылок. Плотность вероятности длительностей дроблений может быть аппроксимирована логарифмически нормальным законом с параметрами: т = 0,6 3,2, о = 0,8 4» 1,5 (логарифмические единицы).

Средняя величина длительности дроблений 10 мсек. Мо­ менты появления распределены равномерно.

Масса искажений кодовых посылок. В реальных условиях нелинейности характеристик каналов связи, сосредоточенные

ифлуктуационные помехи могут вызвать как дробление, так

икраевое искажение. В силу общих причин, вызывающих два вида этих искажений, краевые искажения и дробления ока­ зываются сильно коррелированными. Для оценки искажения дискретных сигналов используются новые статистические ха­ рактеристики: масса искажений кодовых посылок и распре­

ловой посылки показывает зависимость вероятности искаже­

с помощью этих характеристик позволяет дать более полную

оценку степени влияния различных искажающих факторов, рассмотреть формирование искажений в нестационарном ре­ жиме, разработать оптимальные устройства регистрации ко­ довых посылок на дискретных элементах.

Ошибки. В настоящее время существует много математи­ ческих моделей ошибок. Все они отражают факт группирова­ ния ошибок в пакеты различной длительности. Наиболее пол­ ные результаты исследования распределения ошибок в кана­ лах передачи данных приведены в работе [18]. Вероятности ошибочного приема кодовой посылки для различных каналов

икоэффициенты группирования следующие:

Рош “ (2 -гЗ )-10 4, а = 0,61 4-0,69 — телефонные кабельные

§ II. 2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КВ РАДИОКАНАЛОВ

Главное внимание при оценке качества КВ радиоканалов необходимо сосредоточить на влиянии многолучевого харак­ тера распространения радиоволн и на замираниях уровня сигнала, в том числе селективных.

Первичные статистические характеристики

Влияние многолучевости. Многолучевое распространение КВ обусловливает появление переменных временных искаже­ ний дискретных сигналов. Поэтому для оценки ожидаемой величины искажения необходимо располагать сведениями о многолучевости.

Для короткой радиолинии в 37% времени связи наблюдает­ ся 1 луч, в 41 % — 2 луча, в 19% — 3 луча, в 3% — 4 луча [23].

В 37% случаев амплитуды лучей соизмеримы, т. е. отлича­ ются менее чем в 2 раза. В этой же работе приводятся ин­ тегральные кривые распределения частости замираний раз­ личной длительности. Время запаздывания между лучами обычно не превышает 4 мсек [23], наиболее вероятная вели­ чина— l-f2 мсек. В реальном канале фазовые соотношения между лучами и амплитуды самих лучей непрерывно меняют­ ся. Поэтому смещение кодовых посылок, наблюдаемое при многолучевости, является случайной величиной, а скорость ее изменения зависит от скорости изменения соотношений между фазами и амплитудами лучей. При длине линии от 100 до 10000 км задержка второго луча 3,5-*-0,3 мсек. Многолуче­ вость приводит к смещению групп кодовых посылок.

Замирания уровня сигналов аналогичны снижению уров­ ня сигнала в проводной связи. При работе системы с 4M обыч­

вероятность пропадания сигнала на выходе приемного

лученные за несколько месяцев. На всех трассах с измене­ нием условий распространения, приводящим к увеличению напряженности поля в месте приема, увеличивается число пропаданий в минуту. Число пропаданий и их средняя дли­ тельность уменьшаются почти линейно с уменьшением U0. Общие замирания приводят к перерыву связи. Результатом действия общих замираний на КВ радиолиниях является

пакетообразование ошибок. При действии нескольких лучей вероятность пропадания сигнала на выходе приемника

[3] приведены результаты анализа характеристик КВ радио* телеграфного канала с 4M и детектированием по огибаю*

мираний в мин [15]. Коэффициент корреляции поля с зами­ раниями в точке приема

Зависимости количества ошибок от соотношений амплитуд лучей, числа отражений, протяженности трассы приведены в табл. 3—6. Наиболее часто на КВ радиолиниях наблюдают­ ся следующие соотношения между амплитудами лучей:

i4j = 1, А3 = 0,8, А3 — 0,6;

Ai — 1, A4 - 0,6, А3 = 0)4,

Цифры указаны в относительных единицах (относительно амплитуды первого луча).