книги / Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи

ние -помеха/сигнал с помощью фильтров верхних или нижних ча­ стот, а также Колосовых фильтров со -средними частотами 600 и 3000 Гц, т. «е выделить помеху в тех частотных диапазонах кана­ ла, где составляющие спектра сигнала имеют минимальные зна­ чения. Структурная схема этого способа изображена -на рис. 8.19. Она отличается от предыдущих схем лишь введением контрольно­ го фильтра КФ.

Рис. 8.19. Структурная схема регистрации импульсных помех с помощью контрольного фильтра

Считая амплитудно-частотную характеристику канала ТЧ идеальной, т. е. в диапазоне частот от 300 до 3400 Гц коэффи­ циент передачи равен 1, а вне этого диапазона 0, найдем отно­ шение энергий сигнала и помехи, например, на выходе идеаль­ ного фильтра низкой частоты для случая то= 1/1200 с.

Для определения полных энергий, выделяемых сигналом и по­ мехой на выходе фильтра 'НЧ, воспользуемся .равенством Парсеваля (11]:

00

£ = -Lf[S((o)Jadm,

о

или, учитывая характеристики канала и фильтра НЧ,

ношения энергий -сигнала и помехи -на выходе ФНЧ:

183

где 6о=шо—'ШН; 6i=wo—о)Ср; /(=£/* г20Мо. Очевидно, величина это­

го соотношения будет зависеть от частоты среза фильтра. Найдем такую частоту «среза фильтра, при которой «величина N будет ми­ нимальной. Для этого возьмем (первую производную от выражения

Произведя преобразование в травой части выражения (8.5), представим это равенство в виде, удобном для вычислений:

проведенные для фильтра верхних ча«стот, показывают, что N до­ стигает минимума в точке 6, .соответствующей /ср=2850 Гц.

Рассмотрим, как изменяется величина N в зависимости от ча­ стоты среза фильтров НЧ или ВЧ (далее эти фильтры будем на­ зывать контрольными фильтрами). Для наглядности будем опре­ делять величину отношения энергии помехи к энергии сигнала, т. е. не N, a Ni=l(N. Поэтому перепишем выражение (8.3) в «виде

(8.7)

При расчетах примем, что энергия сигнала «и энергия помехи в полосе частот канала равны, т. е. N i =l .

Результаты расчетов представлены в виде графиков, изобра­ женных на рис. 8.20. На этом рисунке .представлены функции

184

Ni(fcp) в 'случае применения фильтров нижних частот (1) и фильTpOiB верхних частот (2). Как следует из приведенных зависимо­ стей, предпочтительным оказывается применение фильтра НЧ в качестве контрольного, так как отношение UnJVс в этом случае составит примерно 5,9, а для ФВЧ— примерно 4,9. Это объясня-

Рис. &2>0> Частотная за­ висимость отношения энергии помехи к энер­ гии сигнала для фильт­ ров с различными часто­ тами среза:

ется несимметрией спектра 'Сигнала в полосе пропускания канала относительно несущей (несущая частота 1800 Гц, а средняя ча­

стота .канала 1850 Гд).

Аналогичные расчеты были проведены для случая передачи посылок длительностью то=1/2400 с. Результаты этого расчета также приведены на рис. 8.20. Функцию N i(fСр) для ФНЧ описы­ вает кривая 3, а для ФВЧ — кривая 4.

'Проведенные расчеты показывают, что с увеличением скоро­ сти передачи информации эффективность регистрации импульсных помех на фоне сигнала описываемым способом уменьшается.

Как было указано выше, в -качестве 'контрольного фильтра в случае передачи импульсов с т= 1/1200 -с можно применять поло­ совые фильтры со средней частотой 600 или 3000 Гц. Для опреде­ ления соотношений Ni энергии импульсной помехи и сигнала на выходе полосового фильтра в зависимости от ширины его полосы •пропускания 'были произведены расчеты, аналогичные расчетам для случаев применения ФНЧ и ФВЧ. Результаты этих расчетов приведены на рис. 8.21.

С уменьшением полосы пропускания фильтра отношение энер­ гий помехи и 'Сигнала резко возрастает. Интересно отметить, что применение фильтра Д-700 дает то же значение Nu что и полосо­ вого фильтра с /о=600 Гц и Д/=400 Гц.

Вопрос о необходимой характеристике контрольного фильтра должен решаться в -каждом -конкретном случае отдельно. При его решении необходимо учитывать форму -спектра передаваемого сиг­ нала, необходимую точность -регистрации, время задержки филь­ тра и ряд других факторов. Некоторые -случаи применения опи­ сываемого способа будут рассмотрены ниже.

185.

устройством, фиксирующим выбросы суммарного колебания сиг­ нала и помехи. На выходе канала ТЧ огибающая при ЧМ, ФМ и ДОФМ постоянна, за исключением моментов модуляции, где на­ блюдаются выбросы, обусловленные переходными процессами в

я Д F A t

где Ло — энергия импульсного воздействия; AF — ширина полосы пропускания канала ТЧ; <оо— средняя частота канала ТЧ; <ро — фаза .помехи.

Произведем оценку вероятности обнаружения пороговым уст­ ройством импульсной помехи на фоне сигнала с помощью вектор­ ной диаграммы, предполагая, что сигнал имеет постоянную ам­ плитуду (рис. 8.22). Помеха является вектором 'переменной дли­ ны, все соотношения будем рассматривать для момента времени, когда вектор помехи имеет максимальную величину. Находим ус­ ловие регистрации помехи:

откуда вероятность регистрации помехи при условии равной веро­ ятности любых значений фазы помехи по отношению к сигналу

186

Пользуясь методом векторного представления сигнала и помехи, получим для ДОФМ следующие соотношения (см. рис. 8.22):

На рис. 8.’23 приведены зависимости Pp=f(h, g) и P0m=f(h), Лишь малая часть помех большой -амплитуды регистрируется с ве­ роятностью, близкой к -единице. Для надежного обнаружения им-

187

иульсных помех следует уменьшать пороговый уровень в регист­ рирующем устройстве. Однако .получить £ < 2 не -удается из-за па­ разитной амплитудной модуляции сигнала. Следовательн-о, можно утверждать, что эффективность контроля -импульсных .помех спо­ собом регистрации выбросов напряжения в сигнале для ЧМ, ФМ и ДОФМ будет низка, так -как часть импульсных помех, которые могут вызвать ошибку, не обнаруживается. Например, для ДОФМ при h= 1 Рр=0, а Рош>0. .Кроме этого, для всех предлагаемых моделей импульсных -помех (см. § 3.3) их амплитудное распреде­ ление характеризуется тем, что .помех малой амплитуды много больше, чем помех большой амплитуды.

Из рис. 8.22 видно, что для ОФМ вероятность регистрации оди­

помех, не вызывающих ошибок. Группирование импульсных по­ мех повышает вероятность обнаружения пачки помех, вызвавшей искажение блока информации. Однако статистика «показывает, что около 30% пачек импульсных помех содержат -одну помеху [35]. Применение описываемого способа для выработки сигналов сти­ рания также малоэффективно [48].

Определим вероятность необнаруженных ошибок Л ю как от­ ношение числа пачек ошибок без регистрации -импульсных помех к общему числу пачек ошибок, вызванных импульсными помеха­ ми, а вероятность ложных стираний Р лс как отношение числа за­ регистрированных помех, не сопровождаемых ошибками, к обще­ му числу зарегистрированных помех.

Для векторного -представления сигнала и помехи при ДОФМ получаются следующие выражения Л ю иРЛс"

188

1

помех по амплитуде.

В случае аппроксимации реального распределения импульс­ ных помех в указанных пределах изменения величины h гипербо­ лическим законом расчет по ф-лам (8.14) и (8.15) для g = 2 и при

h ^ \T 2 дает Л ю =0,64 и Яле = 0,76.

При проведении линейных 'испытаний системы с ДОФМ типа АЗО была произведена оценка эффективности регистрации им­ пульсных помех методом контроля огибающей. За время измере­ ний (более 500 ч) 'были получены следующие оценки: Лю = 0,75; Л чс=Ю ,5; причем для пачек ошибок (исключая одиночные) вели­ чина Лю —0,2. Некоторое отличие расчетных и экспериментальных данных объясняется несовершенством модели импульсных помех, влиянием -паразитной модуляции и неточностью установки порога анализа.

Для оценки реальной эффективности способов контроля им­ пульсных помех по огибающей и с помощью контрольного фильт­ ра 'были проведены измерения на каналах аппаратуры ВЧ теле­ фонирования. При этом в качестве контрольного фильтра исполь­ зовался фильтр Д-700. При передаче по каналу квазислучайной последовательности со скоростью 1200 Бод отношение помеха/сигнал на выходе контрольного фильтра, который использовался при измерениях, составляло примерно 5 для ФМ сигнала и примерно 10 для ЧМ сигнала при отношении помеха/сигнал на выходе ка­ нала ТЧ, равном 1. В качестве модема с ЧМ использовалась ап­ паратура, соответствующая рекомендациям МККТТ со средней частотой 1700 Гц и девиацией 400 Гц. Зависимость Pv=f(h, g ) приведена на рис. 8.23, где g*Un/Uc — отношение напряжений по­ мехи и сигнала на выходе контрольного фильтра.

При испытаниях была использована аппаратура передачи дан­ ных с ФМ типа АЗО. На выходе канала, по которому передава­ лась информация со скоростью 1200 Бод в виде квазислучайной последовательности чисел, были включены два контрольных уст­ ройства, реализующие первый и второй способы регистрации им­ пульсных помех, и устройство регистрации перерывов. В процессе

189

измерений на счетчиках и самописце регистрировались запросы, импульсные помехи и перерывы. Порог для способа регистрации помехи по огибающей выбирался равным 2Uc, а для второго спо­ соба равным Не­

эффективность обоих способов регистрации можно оценить по результатам измерений, приведенных в табл. 8.3.

Т а б л и ц а 8.3

Эти результаты, прежде всего, объясняются плохой обнаружи­ вающей способностью схемы контроля по огибающей (было об­ наружено лишь 46% пачек импульсных помех из числа обнару­ женных схемой с фильтром), а также наличием большого числа одиночных импульсных помех в исследуемом канале.

Из сказанного выше можно сделать следующие выводы:

— метод контроля по огибающей из-за низкой эффективности неприменим в системах, работающих со стиранием, однако он мо­ жет применяться для контроля качества канала, используемого для передачи данных, так как характеристика P0m = f(h) при со­ ответствующем подборе порога регистрации хорошо согласуется

схарактеристикой Pv=f(h);

—метод контроля с помощью контрольного фильтра может применяться как для контроля канала ТЧ, так и для выработки сигналов стирания, используемых для повышения достоверности.

Остановимся подробнее на результатах испытаний двух спо­ собов регистрации моментов возникновения импульсных помех.

Испытания проводились как при искусственном введении в ка­ нал импульсной помехи, так и в реальных условиях. Для оценки повышения отношения помеха/сигнал в случае применения конт­ рольного фильтра были проведены следующие измерения.

На вход канала ТЧ, с помощью генератора прямоугольных им­ пульсов вводилась импульсная помеха. Длительность импульса составляла 100 мкс, частота следования импульсов 3 Гц. Ампли­ туда импульса выбиралась такой, чтобы на выходе канала ТЧ амплитуда импульсной помехи была равна амплитуде сигнала. При этом измерялось соотношение помеха/сигнал на выходе конт­ рольного фильтра, в качестве которого использовался фильтр Д-700 или Д-900.

По каналу передавалась псевдослучайная последовательность двоичных символов с ОФМ и скоростью передачи 1200 Бод. От­ ношение помеха/сигнал на выходе контрольного фильтра состави­ ло при применении фильтров Д-700 и Д-900 соответственно 5 и 2,5. При увеличении скорости передачи до 2400 Бод эти соотно­

190