книги / Основы дальней связи
..pdfСелективные замирания. Вызываемые селективным зами ранием искажения дискретных сигналов характеризуются по явлением переменных во времени преобладаний. Имеет место группирование во времени селективных замираний. ПродолжительнЬсть одного пакета составляет в среднем J3,5-r3 сек для систем с 4M при скорости 50 бод. Частость пакетов от 10 до 30 в минуту. Действие селективных замираний наблюдает ся в 80% всех сеансов измерений. В работе [17] приводится ха рактерная кривая плотности вероятности краевых искажений из-за селективных замираний. Распределение говорит о целе сообразности сдвига момента стробирования относительно се редины на 15—20% в сторону заднего фронта кодовой посыл ки.
Качания фронтов видеосигнала. Качания — особый вид временных искажений, возникающих в каналах с многолуче вым распространением. Они приводят фактически к флуктуа циям скорости передачи относительно номинальной. Измене ния скорости передачи происходят апериодически. Они прояв ляются в смещении групп кодовых посылок во времени. И з вестны две точки зрения, объясняющие причину появления качаний.
1.При синхронном детектировании [20] сдвиги групп сиг налов происходят за счет наличия разности фаз между сигна лом и опорным колебанием на перекрытых и неперекрытых участках смежных кодовых посылок. Перекрытие происходит из-за многолучевости, а разность фаз определяется инерцион ностью тракта формирования опорного колебания.
2.Качания возможны при переходе с приема одного луча на прием другого, сдвинутого относительно его во времени. Роль' переключателя выполняет тракт детектирования, реаги рующий на более мощный сигнал.
Плотность вероятности величины смещения кодовых по сылок на длинной КВ радиолинии (8000 кц) может быть ап проксимирована выражением [71:
где N - |
1 -г 5 — коэффициент, |
определяемый |
главным обра |
||
|
зом |
длиной |
трассы, числом |
скачков; |
|
|
тк — время запаздывания |
относительно среднего |
|||
|
положения. |
|
|
|
|
Средняя амплитуда наблюдаемых качаний фронтов кодо |
|||||
вых посылок составляет ± 1 ,5 мсек, |
длительность качаний— |
||||
более 1 |
сек, частость |
появления |
качаний—2 случая в минуту. |
||
Усредненные характеристики уровня сигнала и шума в КВ радиоканалах. Как показывают статистические измерения, распределение уровня случайных помех в КВ диапазонах на входе приемника (в дб относительно 1 мкв) подчиняется нормальному закону:
2<
W * )
где х — уровень помехи на входе приемника в дб.
Распределение уровня сигналов:
|
|
|
-(У-У,У‘ |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
W (y) = |
2®с |
|
|
|
вс / 2R |
■е |
|
|
|
|
|
|
|
где у = |
2 0 1g Ued — уровень сигнала в |
дб. |
||
.y0 = |
201g UсдйА—медианный |
уровень |
сигнала в дб. |
|
Распределение разностей уровня сигнала и помех на случайно выбранной частоте также описывается нормальной плотностью вероятностей
|
1 |
2 о* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а у 2п |
|
|
|
|
г 1 — 20 (lg Ucd — lgt^nô) — разность уровней |
сигнала и по |
||||
|
мехи |
в дб. |
|
|
|
20 = 20 (lg Ucd0, — lg Uпд0 5 ) — разность |
медианных |
уровней |
|||
2 |
сигнала и |
помехи |
в дб. |
|
|
2 |
|
|
|
отклоне |
|
а — у ?<■+ |
zn — среднеквадратичное |
||||
|
ние |
разностей уровней сигнала |
|||
|
и помехи. |
|
|
||
По опубликованным результатам экспериментальных ис следований, величины ос и оя относительно стабильны. Для полосы частот Д / = 1 лгг^ по годовым данным круглосуточ ных измерений ориентировочные значения рассматриваемых величин составляют:
з„ - 12 -г-15 дб, ас меньше на 2 ч- 3 дб.
Приведенные значения практически не зависят от длины трассы и частоты.
вторичные статистические характеристики
Краевые искажения и дробления. Причинами краевых ис кажений и дроблений являются флуктуационные и импульс ные шумы. Мгновенное значение частоты, действующей на входе приемника, определяется начальным соотношением фаз лучей. Д ля двухлучевого приема имеем:
|
_ |
d 4- |
о», + 2 |
|
|
|
|
~ |
fit |
cos С t |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
где |
«ч — частота нажатия; |
|
|
|
||
= |
<»1 + 2 — отжатия; |
|
|
|
||
|
их, щ — амплитуды 1-го и |
2-го лучей. |
|
|
||
Мгновенная частота зависит от cos Q t. Отклонения |
час |
|||||
тоты |
могут достигать таких величин, что сигнал |
будет |
вы |
|||
ходить за полосу пропускания |
дискриминатора, |
т. е. часть |
||||
сигнала будет пропадать. Это обнаруживается в виде пере менных преобладаний. Если за время, равное 1зап, частота несколько раз выходит за полосу дискриминатора, то появ
ляются дробления сигнала. Они |
характерны для |
широкопо- |
|||||||||
лосных систем. Дробление возможно, если |
> |
2л |
(2 — |
||||||||
-е- |
|||||||||||
полоса пропускания |
дискриминатора). |
|
|
|
|
||||||
Величина |
1зап |
является |
фактором, |
ограничивающим |
ско |
||||||
рость передачи. |
Обычно |
длительность кодовой |
посылки |
||||||||
больше времени |
запаздывания. |
|
|
|
|
|
|
||||
В работе [4] приведены данные-по измерению краевых ис |
|||||||||||
кажений сигалов в КВ радиоканалах |
длиной 1600—6400 км, |
||||||||||
работающих в режиме ДЧТ, V= |
188 бод. |
|
|
|
|
||||||
Плотность |
вероятностей .краевых |
искажений |
в |
пределах |
|||||||
8 < ± Ю°/о хорошо |
описывается кривой, |
соответствующей |
|||||||||
нормальному |
закону с |
параметрами |
от = |
(1 ,3 -г-2.3)%, в = |
|||||||
- (1 ,8 —4)% при |
8 > 10% —степенной функцией Р(Ь)—а(Ь)~ь. |
||||||||||
Параметры распределения для различных трасс и време |
|||||||||||
ни передачи: |
|
|
а = 5 - 107, |
b ~ |
8; |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
а |
= |
3-10», |
b = |
6. |
|
|
|
|
Постоянные преобладания не превышают 2%.
Плотность распределения длительности дроблений па ка налах КВ описывается логарифмическим нормальным зако ном.
Результаты экспериментального исследования коэффици ента корреляции смещения фронтов дискретного сигнала за счет многолучевой интерференции приведены в работе [7].
Влияние шума на смещение фронтов было исключено боль шим отношением сигнал/шум (более 20 дб). Эксперименталь ные данные хорошо аппроксимируются кривыми
|
р(тв) = к ,е~ аг*1 + |
|
cos с тж. |
|
Поскольку р(0) = |
1, то |
должно выполняться условие |
||
«1 + |
Kt = 1 • |
|
|
|
При наиболеее сильной корреляционной связи |
||||
|
р(х«)шах= ° .6 е |
~°,44М + |
ОЛе - 0Л09Мcos 0,56v |
|
При |
минимальной корреляционной |
связи между искажени |
||
ями |
|
0,9 е -0.44М + |
о,1е -9,063 М |
|
|
P(x«)min |
|||
Средний интервал корреляции при критерии значимости 1 /а составляет
хкор — 0,67 сек.
Приведенные корреляционные характеристики позволяют оп ределить оптимальную полосу синхронизаций системы такто вого фазирования АПД, выявить возможности адаптации при емника.
Распределение ошибок в КВ радиоканалах передачи дан ных. Общие и селективные замирания, качания фронтов, флуктуационные и импульсные шумы, шумы мешающих станций являются основными причинами, вызывающими ошибки. Как и для других категорий каналов, для каналов КВ характерно группирование ошибок в пакеты.
Д ля телеграфных КВ радиоканалов вероятность ошибки
кодовой посылки ЯОШ= 2.3-10~2 -^-2,8-10~4 ; |
коэффициент |
группирования <*=0,32-г0,57. |
|
$ II. 3. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТЕОРНЫХ РАДИОКАНАЛОВ УКВ
Метеорные УКВ радиолинии имеют оптимальный диапазон частот 30—60 мгц. Возможная ширина рабочей полосы частот около 100 кгц. Характерной особенностью этих радиолиний яв ляется прерывистая передача информации. Скорость передачи информации определяется интенсивностью потока метеоров, длительностью и амплитудой отраженных сигналов. Указан
ные величины зависят в свою очередь от параметров аппара туры: мощности передатчика и чувствительности., приемника, длины рабочей волны, порога срабатывания (запуска) систе мы и др. Так, например, ориентация антенн может изменить регистрируемое число отраженных сигналов в 0,3—2 раза. Исследования и эксплуатация метеорных радиолиний пока зали, что перечисленные параметры меняются во времени.
Распределение интервалов времени существования отра женного сигнала и интервалов между вспышками может быть описано экспоненциальным распределением:
|
о |
, / < 0 |
/0 |
, t |
< о |
|
||
F jit) |
= |
|
F lit) |
|
|
/ |
|
|
|
|
-е |
' , / |
О, |
|
|||
|
1 — е |
|
|
|
|
|||
F r (t), F-.(t) — |
интегральные фукции |
распределения длитель |
||||||
|
ностей отраженного сигнала и интервалов меж |
|||||||
|
ду ними; |
|
|
|
|
|
|
|
t — средняя |
|
длительность |
передачи |
во |
время |
|||
|
одной вспышки; |
|
|
|
|
|
||
/ — средний |
интервал между |
вспышками. |
|
|||||
Средняя длительность отраженных сигналов колеблется, |
||||||||
в пределах от 0,3 до |
1,5 сек. Моменты |
появления метеоров |
||||||
распределены |
по закону |
Пуассона. |
Параметр |
распределе |
||||
ния — число отраженных |
сигналов |
за |
определенный |
проме |
||||
жуток времени. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Неоднородности следов, перемещение отражающего цент ра вдоль следа, неравномерность электронной плотности в радиальном направлении, наличие нескольких отражающих центров в переуплотненных («рваных») следах приводят к за мираниям сигнала в точке приема. Скорость замирания может достигать 0,4-!-2 дб/мсек. В этом случае управление включени ем аппаратуры (переход в режим «передача») с помощью по рогового соотношения сигнал/шум не обеспечит защиты от сбоев.
Распределение напряжения всех метеорных отражений можно описать логарифмическим нормальным законом с плот-
ностью [14] |
W ix) |
1 |
(1пх —т)* |
-------- ,__ |
■е ~ 2а* |
||
1 1 |
v ’ |
-* 9 /2 я |
|
где х — напряжение |
сигнала. |
|
|
Ориентировочное значение параметров: т — 1,24; о ~ 0,78.
Пороговый уровень,мкв (600 ом)
17,5
17,5
35
35
|
В с е |
Общее число вспышек |
Средняя час тота вспышек, кол-во в мин |
472 |
1,40 |
455 |
1,35 |
170 |
0,506 |
198 |
0,586 |
и з м е р е н и я
Средняя дли тельность вспышки, сек |
Средняя ско рость переда чи, бод |
1,02 |
2383 |
1,44 |
3251 |
1,22 |
1028 |
1,40 |
1378 |
Все измерения, за исключением случаев
.многолучевых" -искажений
Средняя веро ятность ошиб ки, проц. |
'Общее число вспышек |
Средняя час тота вспышек, кол-во в мин |
0,249. |
387 |
1,15 |
0,411 |
364 |
1,08 |
0,0986 |
155 |
0,461 |
0,0649 |
183 |
0,545 |
Средняя дли тельность вспышки, сек |
Средняя ско рость переда чи, бод |
Средняя веро ятность' ошиб ки, проц. |
|
|
1 |
0,692 |
1328 |
0,0665 |
0,633 |
1143 |
0,0679 |
0,716 |
551 |
0,00414 |
0,740 |
671 |
0,000642 |
В работах [12, 14] приводятся результаты анализа много лучевого распространения радиоволн в УКВ MeteopHbix кана лах. Большинство запаздываний между лучами составляет 8— 12 мксек. Это может явиться существенным ограничением скорости передачи.
Некоторые статистические характеристики УКВ метеорных каналов приведены в табл. 7.
Г л а в а III
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ
ХАРАКТЕРИСТИКАМ КАНАЛОВ СВЯЗИ. КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ КАНАЛА
§ III. 1. ТРЕБОВАНИЯ К КОНТРОЛИРУЕМЫМ ПАРАМЕТРАМ ТРАКТОВ СВЯЗИ
В настоящее время решаются задачи создания техниче ских средств для построения автоматизированных сетей связи Современные автоматизированные сети связи представляют собой сложные комплексы, состоящие из каналов связи, цент ров коммутации и управления, оконечного индивидуального и группового оборудования.
Сеть является сложной динамической системой, параметры которой меняются во времени, поэтому для обеспечения нор мального функционирования сети, оптимального, использова ния трактов передачи и оконечной аппаратуры и согласования работы отдельных ззеньев необходимо осуществление контро ля состояния сети.
Взадаче контроля состояния сложной системы в целом' можно выделить два направления:
— контроль с целью определения характеристик надеж ности отдельных ее звеньев;
-автоматическое слежение за основными характеристи ками системы с целью адаптации отдельных ее элементов.
Взависимости от назначения будут различными и способы осуществления контроля.
Особенно важной является задача определения критериев для оценки состояний системы и параметров, подлежащих контролю.
Рассмотрим возможные способы контроля качества кана ла — одного из основных звеньев сети связи. Характеристики каналов, определяющие качество передачи дискретной инфор мации, имеют статистический характер. При выборе характе ристик для оценки качества канала необходимо учитывать:
—связь статистических характеристик, используемых для описания канала, с основными критериями качества системы передачи данных (СП Д );
—информативность принятой характеристики;
—возможность синтеза этой характеристики на основе су ществующих статистических характеристик каналов связи;
—возможность получения оценок этой характеристики за короткие промежутки времени (доли периода стационарно
сти каналов);
—возможность использования при наиболее перспектив ных алгоритмах обработки дискретной информации;
—возможность осуществления предупредительного конт
роля;
—сложность необходимого измерительного оборудова
ния;
—максимальное использование узлов и устройств АПД для осуществления контроля и др.
Дадим краткое описание изложенным требованиям.
Одним из основных показателей любой СПД является ве роятность ошибки в приеме кодовой посылки Р ош. Все су ществующие показатели качества -СПД: вероятность ошиб ки в приеме кодовой комбинации, блока, задержка сообще ния в системе с обратной связью и др. — во многом опре деляются величиной Р^ш. Поэтому используемые для опи сания канала статистические характеристики должны иметь связь с этим показателем системы.
Информативность принятой характеристики надо пони мать с двух позиций:
—регистрации состояния каналов связи;
—возможности улучшения условий приема, т. е. оценки, получаемые при измерении статистической характеристики, должны быть представлены в форме, удобной для использо вания в адаптивном приемнике без предварительной обра
ботки.
Д ля определения возможных интервалов изменения пара метров отдельных функциональных узлов, а также для оценки возможностей различных каналов при проектировании СПД, используются результаты статистических исследований суще
ствующих каналов. Поэтому необходимо иметь связь между существующими характеристиками и характеристиками, ко торые приняты для адаптации и контроля.
Следующее требование — возможность получения оценок за короткие интервалы времени — особенно важно для адап тивных приемников. При использовании в сетях передачи дис кретной информации каналов различного качества вопросы затрат на измерение используемых трактов приобретают важ ное значение, поскольку центры управления сетью должны иметь информацию о состоянии каналов различных направле ний и ветвей даж е при отсутствии адаптивных устройств приема.
Результаты измерения статистических характеристик должны допускать возможность их непосредственного исполь зования и при более сложных алгоритмах обработки инфор мации в СПД: последовательное декодирование, системы со стираниём и др.
Характеристики, выбранные для оперативного контроля за состоянием трактов передачи, должны быть пригодны для осу ществления предупредительного контроля. Это позволит обна ружить снижение качества трактов передачи до появления ошибок и принять необходимые меры для их устранения.
Важное значение имеет возможность реализации измери тельного оборудования на дискретных элементах. Это стано вится особенно ясным, если учесть тот факт, что проектируе мые и находящиеся в эксплуатации СП Д содержат контроль но-измерительное оборудование в своих комплектах.
§ 111. 2. СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНТРОЛЯ ТРАКТОВ СВЯЗИ ПО ПЕРВИЧНЫМ И ВТОРИЧНЫМ
СТАТИСТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Для оценки качества каналов связи используются первич ные и вторичные статистические характеристики (рис. 6).
Результаты экспериментального исследования первичных статистических характеристик проводных каналов и их ана литическое описание наиболее полно представлены в рабо те [24].
Важнейшие статистические характеристики радиоканалов рассмотрены в предыдущем параграфе.
Воздействие различных возмущений в канале связи на ве роятность ошибки при передаче дискретных сигналов зависит
от вида манипуляции, способов обработки сигналов в прием нике и параметров его функциональных узлов. Поэтому для оценки ожидаемых потерь достоверности необходимо рассмат ривать влияние этих возмущений с учетом характеристик ка
налообразующей аппаратуры, так как эти |
характеристики |
оказывают значительное влияние на качество |
передачи дис |
кретных сигналов. |
|
В настоящее время вводятся новые модели |
сигнала и шума, |
а также новые статистические характеристики, которые позво ляют, кроме первичных возмущений, учесть влияние канало образующей аппаратуры и характер взаимодействия сигнала и помех в среде передачи и узлах приемника. Так, в рабо те [И] рассматриваются статистические характеристики им пульсных помех на выходе полосового фильтра, в работе ИЗ] •определяются статистические характеристики шума на выходе аналогового тракта с линейным детектором. Анализ помехо устойчивости приемников дискретной информации осуществ ляется при оценке взаимодействия сигнала с общей огибаю щей всех аддитивных помех проводного канала [2]. В рабо те И6] дается описание статистических характеристик сигнала и помех на выходе аналогового тракта при любом способе ма нипуляции. При использовании радиоканалов процесс на вы ходе аналогового тракта может быть представлен аддитивной смесью детерминированного сигнала и коррелированного шума.
Следует отметить тенденцию к интегральной оценке раз личных возмущений в каналах связи с использованием обоб щенных статистических характеристик.
Различные характеристики, рассматриваемые в приведен ных работах, являются промежуточными между первичными и вторичными статистическими характеристиками и представ ляют возмущения в каналах связи в обобщенном виде. Одна ко и они не дают возможности оценить достоверность приема дискретных сигналов, поскольку не учитывают влияние пара метров входных устройств, устройств регистрации и фазиро вания АПД.
Совместная оценка влияния различных помех и парамет ров аппаратуры на достоверность передачи дискретной инфор мации может быть дана при использрвании вторичных стати стических характеристик каналов связи. В настоящее время, в основном, используются статистические характеристики двух видов искажений дискретных сигналов: краевых искажений и дроблений.