книги / Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи

шения уменьшились до значений 1,4 и 1 соответственно. Следова­ тельно, результаты эксперимента хорошо согласуются с расчет­ ными.

Сравнение двух способов регистрации импульсных помех в ре­ альных условиях работы проводилось следующим образом. На вы­ ходе канала ТЧ, по которому передавалась информация в виде псевдослучайной последовательности двоичных чисел с помощью аппаратуры передачи данных, использующей ОФМ и скорость 1200 Бод, включались два устройства, одно из которых осуществ­ ляло регистрацию импульсных помех по огибающей, другое — с помощью контрольного фильтра Д-700. Первое устройство на­ страивалось на порог регистрации, равный 2Uc, второе — на по­ рог регистрации, равный Uc. Выходы этих устройств были связа­ ны с многоканальным самописцем, на котором отмечался факт ре­ гистрации устройством импульсной помехи. Кроме того, самопис­ цем отмечались моменты сбоя в передаваемой информации и на­ личие перерывов в канале ТЧ, которые регистрировались устрой­ ством, включенным на входе приемника аппаратуры передачи данных. Общая продолжительность измерений составила около 150 ч.

Измерения показали, что с помощью устройства, реализующего первый способ, в 40% случаев причины ошибок не были установ­ лены. В случае применения устройства с контрольным фильтром были обнаружены все причины возникновения ошибок. При этом общее число зарегистрированных пачек помех составило более 1000. Эксперимент показал, что обнаруживающие свойства пер­ вого устройства значительно снижаются при действии одиночных импульсных помех. Порог регистрации Uc=iUn для устройства, ис­ пользующего контрольный фильтр, не является во всех случаях оптимальным. Это связано с тем, что на каналах большой протя­ женности из-за значительных фазовых искажений ошибки могут возникать вследствие действия импульсных помех, составляющих 0,5£/с, и при пороге Uc= Un возможны случаи необнаружения при­ чин ошибок.

В процессе измерений обнаружилось еще одно интересное свой­ ство устройства, использующего контрольный фильтр. При повы­ шении уровня шума в канале ТЧ до значений — (26—30) дБ в точке 4,34 дБ устройство начинает регистрировать большое коли­ чество «импульсных помех». Поэтому в процессе измерений эти случаи уверенно определялись.

Для определения возможности контроля уровня шумов в кана­ ле ТЧ в процессе передачи двоичной информации был поставлен следующий эксперимент. На вход канала параллельно подклю­ чался источник шума. По каналу работала аппаратура передачи данных с ОФМ и скоростью 1200 Бод. В качестве источника ин­ формации был использован рекуррентный датчик псевдослучайной последовательности двоичных символов. Источником шума являл­ ся канал ТЧ, свободный от передачи информации, который вклю­ чался на вход регулируемого усилителя низкой частоты. Выход

191

усилителя через развязывающее устройство был подключен ко вхо­ ду исследуемого канала (точка —13 дБ). В точку выхода канала 4,34 дБ (вход приемника аппаратуры передачи данных) высоко­ омным входом включался усилитель, на выход которого через кон­ трольный фильтр Д-700 включался указатель уровня. При изме­ нении уровня шума в канале проводились наблюдения за измене­ нием показаний указателя уровня.

Эксперимент показал, что в большом диапазоне изменения уровня шума происходит пропорциональное изменение показаний указателя уровня, т. е. представляется возможной :не только ка­ чественная оценка состояния капала, но и количественная.

На рис. 8.24а приведены результаты эксперимента: зависимо­ сти показаний указателя уровня от разности Р с—Рп Для случаев

Рис. 8.24. Зависимость уровня шума на. выходе контрольного фильтра от разницы Uc—Un в канале связи для случаев передачи: а) ФМ сигнала; б) 4iM сигнала

применения в качестве контрольных фильтров Д-.500, Д-700 и Д-900. Уровень сигнала в измеряемой точке составлял — 1,4 дБ. На графике обозначены три зоны, соответствующие нормальной работе аппаратуры, появлению краевых искажений и появлению сбоев.

Эти зависимости показывают, что представляется возможным в процессе передачи информации проводить измерения уровня шу­ мов, действие которых приводит к снижению помехоустойчивости и качества передаваемой информации.

192

На рис. 8.246 представлены результаты аналогичных измере­ ний, проведенных -с аппаратурой передачи данных, использующей частотную модуляцию.

Эксперимент показал, что эффективность контроля канала и качество -проведения исследовательских работ значительно повы­ шаются при применении способа регистрации импульсных помех с помощью контрольного фильтра. Кроме того, данный способ мо­ жет быть применен при контроле шумов в канале, занятом пере­ дачей двоичной информации.

8.4.Способ повышения помехозащищенности каналов ПД

спомощью предыскажения частотных характеристик группового времени замедления

Значительный интерес представляет способ повышения поме­ хозащищенности каналов передачи данных в условиях действия импульсных помех и перерывов, -который заключается в .преды­ скажении частотных характеристик канала на передаче с после­ дующим их восстановлением на приеме.

•Рассмотрим этот метод на примере предыскажений частотной характеристики группового времени замедления в каналах ТЧ. Подобные методы используются, например, в радиолокации для повышения дальности действия и разрешающей способности ра­ диолокационных станций [11]. Структурная схема системы -пере­ дачи данных с использованием этого метода приведена на рис. 8.25.

Рис. 8.25. Структурная схема СПД с использованием ЧЗЛЗ

На передающем конце между устройствами преобразования сигналов АПД и выходом канала включается частотнозависимая линия задержки (ЧЗЛЗ-1), имеющая характеристику группового времени замедления, показанную на рис. 8.26 (кривая /). На приемном конце между выходом канала и приемником устройства ■преобразования сигналов включается частотнозависимая линия задержки (ЧЗЛЗ-2), у которой частотная характеристика груп­ пового времени замедления обратна -первой (рис. 8.26, кривая 2). Вид этих характеристик в зависимости от формы спектров сигна­ ла и помехи может быть различным, но суммарный эффект от включения ЧЗЛЗ не должен существенно изменять первоначаль­ ные характеристики тракта передачи. Увеличивается лишь абсо­ лютное время распространения сигнала (рис. 8.26, кривая 5).

Неравномерность группового времени замедления в рабочей полосе частот выбирается значительно большей, чем длительность элементарной посылки. Поэтому структура сигнала, проходящего через частотнозав-исимую линию задержки, существенно -меняется. Каждая из посылок как бы растягивается во времени :и тем боль-

Рис. 8.26. Частотные характеристики группового времени за­ медления:

1 , 2 — реальные характеристики ЧЗЛЗ-1 н ЧЗЛЗ-2; 3 — суммарная харак­

теристика ЧЗЛЗ-1 и ЧЗЛЗ-2; 4 , 5 — теоретические характеристики

ЧЗЛЗ-1 и ЧЗЛЗ-2

ше, чем больше неравномерность группового времени замедления. Таким образом, если обычно каждому моменту времени соот­ ветствует передача энергии лишь одной посылки, то при пере­ даче в системе с предыскажениями каждому моменту времени со­ ответствует .передача энергии -нескольких посылок,* поскольку по­

следующие посылки как бы накладываются на -предыдущие.

Если в канале происходит перерыв -на время, меньшее, чем время действия одной посылки, то он уменьшит энергию -несколь­ ких посылок, что лишь исказит форму посылок на выходе прием­ ника, но не вызовет ошибки. Степень этого искажения, естествен­ но, зависит от перепада частотной характеристики неравномерно­ сти группового времени замедления и длительности перерыва.

Аналогично при действии в канале импульсной помехи прием­ ная ЧЗЛЗ-2, являясь «собирающей» для сигнала, -рассредоточи­ вает энергию импульсной помехи -во -времени, что уменьшает ее амплитуду, т. е. соотношение мгновенных значений напряжений сигнал/помеха на входе приемника увеличивается.

Рассмотрим устанавливающийся процесс на выходе идеально­ го канала при действии на его входе импульса, имеющего вид дельта-функции. Математически эта функция может быть запи-

194

Вне этой -полосы, т. е. при со<o>i и о)>©2, /С(со) = 0 . Здесь /С(со) — модуль коэффициента передачи; b (со) — фаза коэффициента пе­ редачи; tQ— время распространения в канале.

Учитывая частотные характеристики канала, для устанавли­ вающегося процесса на -выходе этого канала можно записать

характеристики. Для канала, -описываемого ф-лой (8.16), частот­ но-фазовая характеристика имеет вид наклонной прямой и выра­

клон частотной характеристики -группового 'времени замедления. Коэффициент к может быть выражен через значение максималь­

группового времени замедления.

Для реакции канала, учитывая его частотные характеристики, имеем

Ut (t) = ^ - Г cos [со (t — t0) ^ к со2] d со

яJ в>|

C0S[(“ 1/K - T y l )

© 1

где члены, стоящие в квадратных скобках, представляют собой интегралы Френеля. Их максимальные значения равны для Смаке(х) —0,78 и для 5макс(Х) = 0,72, т. е. сумма этих функций не может превышать 1,5. Поскольку разности S(x) и С(х) умножа­ ются на синус и косинус, которые одновременно не равны едини­ це, -выражение, заключенное в фигурные скобки, не может быть больше 0,1. Следовательно, максимальное значение напряжения

на выходе канала можно записать как U^(t)макс^ у-А -.2 ,1 .

Найдем отношение максимальных значений -выходных напря­ жений для рассмотренных каналов:

перепаде частотной характеристики группового времени замедле­ ния, равном б -мс, N ^2 ,7 . Таки-м образом, применение 4 3 ЛЗ с Дт=5 -мс позволит уменьшить амплитуду импульсной помехи на входе приемника более чем в 2,7 раза.

Для экспериментальной проверки эффективности способа по­ вышения -помехозащищенности каналов ПД при действии импульс­ ных помех и кратковременных .перерывов были рассчитаны и из-

196

готовлены частотнозависимые линии задержки, характеристики ко­ торых представлены на рис. 8.26. Расчет ЧЗЛЗ производился с помощью шаблонов [45]. Основное внимание уделялось получению суммарной характеристики последовательно включенных ЧЗЛЗ-1 и ЧЗЛ З- 2 с неравномерностью группового времени замедления не более 400 мкс.

Электрическая схема соединения элементов в одном звене ЧЗЛЗ дана на рис. 8.27. Суммарное число звеньев в ЧЗЛЗ- 1 и

полосе частот канала ТЧ, .равная 5 мс. Эти звенья легко реали­ зуются и требуют наименьшего количества деталей по сравнению с другими схемами. Кроме того, они не вносят амплитудно-частот­ ных искажений.

Экспериментальная проверка эффективности описываемого ме­ тода .проводилась в канале ТЧ кабельной магистрали. При испы­ таниях использовался канал длиной около 4000 км. Двоичная ин­ формация в виде случайной последовательности импульсов с пе­ риодом повторения 128 элементов и скоростью 1200 Бод подава­ лась от датчика текста на вход передатчика устройства преобра­ зования сигналов аппаратуры передачи данных. Для передачи сигналов использовался способ однократной относительной фазо­

и входом .приемника устройства преобразования сигналов АПД включалась ЧЗЛЗ- 2 с обратной частотной характеристикой груп­ пового времени замедления. С выхода .приемника информация по­ ступала на вход приемника текста, где происходило поэлементное сравнение переданных посылок с принятыми и случаи их несовпа­ дения подсчитывались счетчиком ошибок. Испытания .проводи­ лись при наличии в канале искусственно создаваемых импульс­ ных помех и перерывов. Импульсы помехи от генератора прямо­ угольных импульсов через полосовой фильтр 0,3—3,4 кГц пода­ вались на вход канала (точка — 13 дБ). Частота следования по­ мехи составляла 1 0 Гц. Для имитации перерывов в канале ис­ пользовался балансный модулятор, который управлялся прямо­

угольными импульсами от генератора. Длительность перерыва оп­ ределялась длительностью модулирующего импульса. Частота сле­ дования перерывов составляла 10 Гц.

На рис. 8.28 приведены осциллограммы помехи на входе ЧЗЛЗ-2 (рис. 8.28а) и выходе ЧЗЛЗ-2 (рис. 8.28б). Как показали испытания, при включенных ЧЗЛЗ сбои начинают появляться при соотношении UnIUct t 2, тогда как при отсутствии ЧЗЛЗ они по­ являются при соотношении t/n/£^c»0,7. Измерения показали так­ же, что ошибки в передаваемой информации начинают появлять­ ся только при длительности перерыва, превышающей 2,4 мс в случае применения ЧЗЛЗ. При выключенных ЧЗЛЗ ошибки на­ чинают появляться при длительности перерыва более 0,4 мс, т. е. от применения ЧЗЛЗ в условиях действия одиночных импульсных помех и кратковременных перерывов следует ожидать значитель­ ного эффекта.

Для оценки эффективности применения этого способа в реаль­ ных условиях были проведены сравнительные испытания одного и того же типа аппаратуры передачи данных, но с применением ЧЗЛЗ и без «их. Как было показано в § 3.1 и 4.1, импульсные помехи и перерывы в каналах ТЧ одной системы передачи корре­ лированны, т. е. в момент действия, например, импульсной помехи в одном канале она с большой вероятностью будет зарегистриро­ вана и в соседних. Это свойство было использовано' при организа­ ции испытаний.

-По двум каналам одной группы системы К-60 производилась передача двоичной информации. Была использована аппаратура передачи данных с АЗО, относительной фазовой модуляцией и скоростью передачи 1200 Бод. Качественные показатели каналов ТЧ были примерно одинаковые. По каналам передавалась ин­ формация в виде псевдослучайной последовательности двоичных символов. Один канал передачи данных работал с ЧЗЛЗ, вто­ рой — без них.

Б процессе измерений на ленте самописца отмечались следую­ щие параметры: моменты возникновения помех в каждом из ка­ налов (регистрация производилась с помощью контрольного филь­ тра), моменты возникновения перерывов в каждом из каналов, моменты появления «запросов» в каждом из каналов и метки вре­ мени. Общее время измерения составило около 100 ч. В процессе обработки результатов измерений «е .принимались во внимание •случаи, когда помехи возникали лишь в одном из. каналов.

Измерения показали, что число пачек запросов в системе с применением ЧЗЛЗ на 30% меньше, чем в системе без ЧЗЛЗ, правда, при действии плотных пачек импульсных помех и пере­ рывов в системе с ЧЗЛЗ происходит некоторое увеличение числа запросов в пачке, однако это увеличение незначительно.

Достоинствами описываемого метода являются:

—достаточно простая реализация ЧЗЛЗ;

—отсутствие необходимости в каких-либо переделках аппа­

ратуры передачи данных;

198

—отсутствие .влияния на эффективную скорость -передачи;

—возможность применения .для аппаратуры передачи данных, работающей с любым видом модуляции и при любой -стрости.

Вэтом параграфе описаны вопросы лишь первого этапа рабо­ ты. Вопросы, связанные с последующими этапами, находятся в стадии решения. К ним относятся, прежде всего, вопрос увеличе­

ния значения перепада группового времени замедления ЧЗЛЗ, поиски новых элементов для реализации ЧЗЛЗ, выбор оптималь­ ной характеристики группового времени замедления и принципов построения ЧЗЛЗ.

8.5. Оценка качества каналов связи, предназначенных для передачи данных

-Одним из основных показателей качества канала связи, с точ­ ки зрения его пригодности для передачи двоичной информации, является достоверность. Для оценки каналов связи по этому пара­ метру существует целый ряд .приборов, которые позволяют произ­ водить подсчет числа ошибок, возникших за время измерения. Эти приборы содержат датчик псевдослучайной последовательно­ сти двоичных символов, модем, датчик эталонной последователь­ ности двоичных символов, аналогичный первому, схему сравнения принятой последовательности с эталонной и схему регистрации несовпадений (ошибок). Подобная оценка позволяет лишь уста­ новить степень пригодности канала для передачи двоичной инфор­ мации, но не позволяет выявлять причины снижения качества пе­ редачи. Для выявления причин необходимо провести целый ряд дополнительных из мерений.

Поэтому представляет интерес способ комплексной оценки ка­ чества канала, который основан на том, что измеряются парамет­ ры основных причин, вызывающих ошибки — импульсных помех и перерывов,— и по интенсивности их действия делается заключе­ ние об ожидаемом качестве канала по достоверности.

Рассмотрим этот способ на одном из примеров его реализации. Исходя из поставленной задачи, прибор должен иметь три основ­ ных блока: регистрации импульсных помех, анализа и индикации результатов. Задачей блока регистрации является выявление мо­ ментов появления импульсных -помех и перерывов, а также оценка их параметров. В зависимости от условий работы лрибо-ра, т. е. предназначен ли он для работы в занятом канале или в канале, свободном от передачи, структура регистрирующего блока или его параметры должны изменяться. Рассмотрим работу прибора в -свободном канале.

Задачей блока анализа является пересчет полученных данных об амплитуде импульсных помех и продолжительности -перерывов в величину коэффициента ошибок. В гл. 3 и 4 была показана принципиальная возможность такого .пересчета.

Перерывы регистрируют на урозне, который на 17 дБ ниже но­ минального уровня передаваемого сигнала. При этом количество

ошибок, вызываемых действием перерыва, определяется его дли­ тельностью. Вероятность появления ошибки в результате действия импульсной помехи определяется, -прежде -всего, ее амплитудой. Поэтому 'берется несколько порогов анализа амплитуды помехи, нижний из которых устанавливается таким образом, чтобы реги­ стрировались -помехи с ам-плитудой, 'близкой к амплитуде сигнала в точке измерений. Задачи блока -индикации очевидны..

Рассмотрим структурную схему прибора, изображенного на рис. 8.29. Прибор подключается к каналу, свободному от передачи

Ряс. 8.29. Структурная схема прибора для оценки качества канала

-информации, в который с противоположной -станции подается контрольная частота 1800 Гц, необходимая для -обнаружения пе­ рерывов. С -выхода канала сигнал поступает -на входное устрой­ ство (ВУ), .которое делит сигнал на два подканала — для измере­ ния перерывов и импульсных помех.

Работа подканала для измерения перерывов 'осуществляется следующим образом. Напряжение -на выходе входного устройства ВУ выпрямляется с -помощью детектора Д и подает-ся -на ампли­ тудный селектор АСп, который срабатывает -при уменьшении уров­ ня сигнала на 17 дБ и более относительно номинального значения и находится в этом состоянии все время -пребывания сигнала на уровне -ниже порогового. Выход амплитудного селектора -соединен с генератором импульсов ГИ, который включается только на вре­ мя работы селектора. Как было показано в гл. 4, вероятность по­ явления -ошибок при действии перерывов составляет -величину, близкую к 0,5. Поэтому частота генератора выби-рается равной по­ ловине скорости передачи информации. Выход генератора свя­ зан -со счетчиком импульсов Счп, -подсчитывающим число «оши­ бок», вызванных действием перерывов за выбранный сеанс .изме­ рения. Длительность сеанса измерений может выбираться про­ извольно либо определяется фиксированными значениями, уста­ навливаемыми с помощью реле времени РВ. В последнем -случае выход счетчика импульсов подается на дешифратор Дшп, осуще­ ствляющий операцию деления записанного в -счетчике результата -на число сигналов, которое -при заданной скорости передачи и заданном времени измерений было -передано .по каналу. Выход де­

200