книги / Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи
..pdf6Ф1
Б80 УДК 621.395.4
Б80 |
Бомштейн Б. Д. и др. |
|
|
Методы борьбы |
с помехами в каналах проводной |
||
|
связи. М., «Связь», |
1975. |
|
|
248 с. ил. |
|
|
|
Перед загл. авт.: Б. Д. Бомштейн, Л. К. Киселев, Е. Т. Мор- |
||
|
гачев |
|
|
|
В книге рассматриваются вопросы, связанные с исследованием раз |
||
|
личных помех, причины их возникновения и способы борьбы с ними при |
||
|
менительно к каналам проводной связи.. |
|
|
|
Книга представляет интерес для инженерно-технических работников, |
||
|
занимающихся вопросами |
проектирования, расчета |
и эксплуатации си |
|
стем ВЧ передачи и СПД, |
а также для студентов |
старших курсов вузов |
|
и техникумов связи. |
|
|
|
30602—039 |
|
6Ф1 |
|
9—75 |
|
|
|
Б 045(01)—75 |
|
|
30602—039 Б 045(01)—75
© Издательство «Связь», 1975 г.
П Р Е Д И С Л О В И Е
В связи с развитием автоматизированных систем уп равления широкое развитие получают системы передачи данных СПД, использующие каналы общегосударствен ной сети связи. При этом возникает целый ряд проблем, так как параметры каналов сети не были рассчитаны на передачу дискретной информации. Одной из таких проблем является проблема борьбы с различного рода помехами, имеющими место в каналах связи.
Теоретические основы борьбы с помехами изложены в работе А. А. Харкевича «Борьба с помехами» (М., Физматгиз, 1963). Влиянию помех на передачу дискрет ной информации посвящена также работа И. Л. Теплова «Помехоустойчивость систем передачи дискретной ин формации» (М., «Связь», 1964), однако эта работа за трагивает лишь круг вопросов, относящихся в основном
крадиоканалам.
Впредлагаемой книге исследуются причины возник новения различного рода помех, их влияние на парамет ры СПД, а также способы борьбы с ними применитель но к каналам проводной связи, продолжается, по су ществу, рассмотрение вопросов, затронутых в работе «Каналы передачи данных» (М., «Связь», 1970. Под об щей редакцией В. О. Шварцмана). В дополнение к во просам, освещенным в вышеназванной книге, здесь рассматриваются следующие аспекты, представляющие интерес для техники передачи данных по каналам про водной связи:
—статистические характеристики помех, имеющих место в первичных широкополосных каналах связи;
—зависимость статистических характеристик помех от протяженности каналов связи и числа транзитных соединений;
—причины возникновения различного рода помех;
—совместное влияние помех на основные параметры, определяющие качество передачи дискретной информа ции (верность, эффективную скорость, своевременность);
—способы борьбы с помехами.
Учитывая то, что основные вопросы, рассмотренные в предлагаемой книге, освещены только частично в периодической литературе, книга представит интерес для
3
инженерно-технических работников, занимающихся про ектированием, расчетом и эксплуатацией систем ВЧ пе редачи и СПД, а также для студентов старших курсов институтов и техникумов связи, специализирующихся в области междугородной связи и передачи данных.
Авторы выражают благодарность рецензентам М. Е. Когану и Л. С. Уринсону за труд по просмотру рукопи си и ценные замечания.
Главы 1, 2, 5 и § 8.1 написаны Б. Д. Бомштейном, гл. 3, 4 и 8 (кроме § 8.1) — Л. К. Киселевым, гл. 6, 7 и 9 — Е. Т. Моргачевым, § 8.2,написан Л. К. Киселевым совместно с А. А. Мешковым, а § 3.2 — Л. К- Киселевым совместно с В. М. Дворецким.
Все замечания по книге следует направлять по адре су: Москва-центр, Чистопрудный бульвар, 2, издательст во «Связь».
Г Л А В А 1
ОБ Щ И Е С В Е Д Е Н И Я
ОП О М Е Х А Х
1.1.Построение современных ВЧ систем передачи
Под термином «ВЧ система передачи» понимается комплекс средств проводной связи, включающий в себя станционное обору дование и линейные сооружения и обеспечивающий образование типовых каналов и трактов для передачи сигналов различных ви дов информации (телефонной, телеграфной, передачи данных, ве щания, телевидения и др.) на определенные расстояния.
Новые ВЧ системы передачи, разрабатываемые в СССР и за рубежом, в отличие от разработанных ранее, состоят из двух час тей: оконечного преобразовательного оборудования и оборудова ния линейного тракта. Такое разделение позволяет независимо осу ществлять регулировку, настройку и эксплуатацию линейного трак та, соединять в аварийных случаях однотипные линейные тракты между собой или с линейными трактами других ВЧ систем пере дачи с целью сохранения каналов на совпадающих участках ли нейных спектров частот.
В состав оконечного унифицированного преобразовательного оборудования входят: унифицированное преобразовательное обору дование, единое для всех ВЧ систем передачи, и аппаратура со пряжения, обеспечивающая перенос спектра частот определенных типовых групп в соответствующий линейный спектр частот. Око нечное оборудование предназначено для образования:
—каналов тональной частоты (0,3—3,4 кГц);
—предгрупповых трактов (12—24 кГц);
—первичных групповых трактов (60— 108 кГц);
—вторичных групповых трактов (312—552 кГц);
—третичных групповых трактов (812—2044 кГц);
—групповых трактов более высокого порядка (по мере их
внедрения);
— широкополосных каналов на базе перечисленных групповых трактов;
—каналов вещания;
—каналов телевидения.
Генераторное оборудование для получения несущих и конт рольных частот размещается децентрализованно. Это позволяет обеспечивать независимую работу каждой ступени преобразова ния и оптимально размещать оборудование в помещениях узлов и
5
станций. Генераторное оборудование для каждой ступени преоб разования устанавливается на стойке вместе с основным оборудо ванием. Для обеспечения требуемой стабильности частот иа стан циях предусматриваются задающие генераторы опорных частот.
Оборудование линейного тракта включает в себя оборудование
промежуточных станций и оконечное оборудование |
линейного |
|||
тракта. В состав оконечного |
оборудования |
линейного трак |
||
та, устанавливаемого на узлах |
и |
оконечных станциях |
сети, вхо |
|
дят усилители приема и передачи, |
устройства |
предыскажения и |
оборудование автоматического регулирования уровня. Индивидуальное преобразовательное оборудование разрабаты
вается в двух модификациях: с образованием 12-канальных групп с помощью одной ступени преобразования и с образованием 12-ка- нальных групп с помощью двух ступеней преобразования (на базе 3-канальных предгрупп) [2].
Дальнейшее развитие общегосударственной сети требует орга низации как многоканальных систем ВЧ передачи, состоящих из больших пучков каналов на магистральных направлениях, так и малоканальных систем для внутриобластных и внутрирайонных связей. Поэтому в настоящее время разработано и продолжает разрабатываться большое число ВЧ систем с различным числом каналов. По числу каналов, способу уплотнения и типу кабелей различают соответственно малоканальные и многоканальные си стемы, системы с частотным и временным уплотнением, системы, работающие по симметричным и коаксиальным кабелям связи.
Малоканальные и многоканальные системы ВЧ передачи раз личают при выборе оптимальных уровней передачи линейных уси лителей, Малоканальными считают системы с числом каналов ме нее 240. В таких системах суммирование мгновенных напряжений сигналов по отдельным каналам происходит по закону, близкому к арифметическому сложению. Многоканальными считают систе мы с числом каналов более 240. В таких системах распределение мгновенных значений напряжений многоканального сигнала подчи няется нормальному закону, что позволяет использовать при рас четах методы теории вероятностей.
По способу уплотнения линий связи различают ВЧ системы пе редачи с частотным и временным разделением каналов. В системах с частотным разделением каналов спектры исходных сигналов с помощью несущих частот переносятся в различные части линейно го спектра. Разделение сигналов на приемной и передающей стан циях ВЧ системы передачи осуществляется с помощью полосовых фильтров. Для каналов связи с частотным уплотнением характер но наличие помех, определяемых линейными и нелинейными пере ходами, тепловых помех, а также помех за счет просачивания в спектры каналов несущих и контрольных частот.
В ВЧ системах передачи с временным уплотнением исходный сигнал дискретизируется по времени и каждому его элементу от водится определенное место в общем потоке элементов, представ ляющем собой многоканальный сигнал. Для дискретизации берут
6
ся отсчеты функции в определенные дискретные моменты времени. В результате непрерывная функция m(t) заменяется совокупностью мгновенных значений. Обычно моменты отсчетов располагаются на оси времени равномерно, т. е. tK=w.At. Интервал At выбирается на основании теоремы Котельникова, которая гласит: функция с огра ниченным спектром полностью определяется своими значениями, отсчитанными через интервалы At=\J2AF, где ДF — ширина спектра, занимаемого сигналом.
При кодовых методах передачи, кроме дискретизации по вре мени, необходима также дискретизация по значениям функции, носящая название квантования. Обычно преобразующие функции ограничены, т. е. их значения лежат в конечном интервале. В та ких случаях квантование представляет собой замену несчетного множества возможных значений функции конечным множеством. Дискретные значения располагают по шкале функций равномерно, так что = Если при квантовании любое значение т заме няется ближайшим значением ть то операция квантования может быть выражена формулой mi=[(m/Atn) -H/2]Am, где квадратные скобки означают «целая часть»; Д т — шаг квантования [53]. Для каналов связи ВЧ систем передачи с временным уплотнением ха рактерно наличие помех, обусловленных шагом квантования.
В настоящее время на междугородных линиях связи использу ются два основных тина кабелей: симметричные и коаксиальные. Симметричные кабели связи характеризуются наличием взаимного влияния между парами. Уменьшение защищенности между пара ми при увеличении граничной частоты используемого диапазона является одной из основных причин, не позволяющих повышать канальность ВЧ систем передачи, работающих по симметричным кабелям связи. Защищенность между парами повышают путем симметрирования. В современных симметричных кабелях связи четверочной звездной скрутки со стирофлексной изоляцией удается путем симметрирования получить удовлетворительные величины за щищенности между парами на частотах до 550 кГц. Это создает предпосылки для уплотнения таких кабелей 120-канальными ВЧ системами передачи. Основной особенностью каналов ВЧ систем передачи по симметричным кабелям связи является наличие по мех, обусловленных взаимным влиянием между парами.
Коаксиальные кабели связи характеризуются отсутствием прак тически заметного влияния между парами. Это позволяет исполь зовать гораздо больший диапазон частот при создании многока нальных ВЧ систем передачи. Кроме этого, отсутствие помех, обусловленных взаимным влиянием между параллельно работаю щими системами, позволяет увеличить допустимую величину теп ловых помех и тем самым длину усилительных участков. Уже сей час создаются ВЧ системы передачи но коаксиальным кабелям с числом каналов, равным 2700, 3600 и даже 10 800.
Использование все более широкой полосы частот — вопрос, над которым интенсивно работают в ряде стран. Наряду с этим рас сматриваются возможности применения в аппаратуре новых пер-
спективных материалов и элементов, в первую очередь, твердых схем и элементов электронных вычислительных машин, совершен ствуются технические решения и схемы построения отдельных уз лов и устройств (преобразователей частоты, выравнивателей АЧХ и ФЧХ, устройств АРУ), а также принципы конструирования ап паратуры (с миниатюризацией и микроминиатюризацией блоков). Широкий размах проводимых работ позволяет ожидать в ближай шие годы существенного расширения ассортимента ВЧ систем пе редачи и резкого улучшения их электрических и экономических показателей [39].
1.2.Вяды информации, передаваемой по проводным каналам связи
Высокочастотные системы передачи предназначаются для до ставки потребителям некоторых сведений или информации. Пере даваемая информация в зависимости от способа осуществления связи, требуемой надежности, формы 'Представления, скорости пе редачи и требуемого времени доставки потребителю делится на различные виды.
В зависимости от способа осуществления различают телеграф ную и телефонную связь, а также сравнительно недавно появив шийся новый вид связи — передачу данных. Разновидностями те лефонной и телеграфной связи являются фототелеграфирование, передача программ вещания и телевидения.
Задачей телеграфной связи является быстрая передача на рас стояние письменных извещений с помощью электрических сигна лов. Требование, предъявляемое к телеграфной связи, заключается в том, чтобы этот вид связи обеспечивал возможность передачи любого письменного сообщения (телеграммы). Никаких других требований к телеграфной связи не предъявляется, и для ее осу ществления достаточно иметь оборудование, позволяющее переда вать на расстояние все буквы алфавита, цифры и знаки препи нания.
•Другой вид электрической связи — передача неподвижных изо бражений. С помощью специально используемой для этой цели ап паратуры можно с фотографической точностью передавать на рас стояние не только любой текст, написанный или напечатанный, но и любое заранее заготовленное изображение. Так как в этой ап паратуре используется явление фотоэлектрического эффекта, то электрическую передачу неподвижных изображений на расстояние называют фототелеграфной передачей.
Телефонная связь является в настоящее время одним из основ ных видов электрической связи. Этот вид связи характеризуется передачей человеческой речи с сохранением всех ее особенностей и оттенков.
Широко используется в настоящее время еще один вид элект рической связи, представляющий собой дальнейшее развитие те лефонной связи — вещание. Аппаратура вещания обеспечивает электрическую передачу на расстояние всего диапазона звуков,
8
воспринимаемого органами слуха человека: разговорной речи, пе ния и музыки.
Наиболее сложным и дорогим видом электрической связи яв ляется телевидение, представляющее собой дальнейшее развитие электрической передачи изображения и вещания. Этот вид связи предъявляет высокие требования к качеству телевизионных кана лов. Особенностью телевизионных сигналов является весьма ши рокий спектр частот, что определяет, как известно, и высокую стои мость телевизионных каналов. Передача программ телевидения по лучила в последнее время массовое распространение за счет внед рения радиорелейных и коаксиальных ВЧ систем передачи и, в первую очередь, систем спутниковой связи.
И, наконец, еще один вид электрической связи, особенно интен сивно развивающийся в последние годы, — передача данных. Не обходимость в новом виде связи вызвана развитием вычислитель ной техники и созданием крупных вычислительных комплексов, входящих в автоматизированные системы управления (АСУ). В АСУ информация, поступающая от многих территориально уда ленных источников, обрабатывается с помощью ЭВМ, а затем ре зультаты обработки передаются в виде последовательности двоич ных символов, соответствующих цифрам «О» и «1». При передаче телеграфных сообщений также используются двоичные сигналы, однако передача данных существенно отличается от передачи те леграфных сообщений. Дело в том, что передача различного рода телеграмм — это передача словарных сообщений, обладающих большой внутренней избыточностью, позволяющей получателю по смыслу исправлять значительную долю искажений.
Цифровая информация, если не предусмотрены специальные меры, не обладает избыточностью, позволяющей исправлять иска жения. Даже сравнительно редкие ошибки, возникающие в кана лах связи, могут совершенно исказить содержание информации, передаваемой машине или полученной от нее.
Поэтому к каналам, предназначенным для передачи данных, предъявляются повышенные требования по достоверности. Кроме того, каналы, используемые для передачи данных, должны обеспе чивать передачу больших объемов информации в единицу време ни, так как эффективное использование' быстродействующих ЭВМ связано с вводом и выводом больших объемов информации за ко роткие промежутки времени.
Обычно к системам передачи данных предъявляются требова ния по передаче определенного количества информации за опре деленный отрезок времени. Указанные причины привели к необхо димости выделения передачи информации в автоматизированных системах в отдельную область электросвязи, получившую название передачи данных. Международный консультативный комитет сле дующим образом определил понятие передачи данных: «Передача данных — это область электросвязи, целью которой является пе редача информации для обработки ее вычислительными машинами или уже обработанной ими».
9
По требованиям, предъявляемым к надежности передачи, ин формацию можно разделить на несколько видов. К первому можно отнести информацию, допускающую сравнительно небольшие (до одной секунды) перерывы при передаче ее от источника к потре бителю. Для обеспечения такой высокой надежности информация передается одновременно по двум или нескольким каналам, про ходящим по географически разнесенным трассам. Эти каналы на зывают основными. Для замены основных каналов в случае их вы хода из строя должны предусматриваться резервные каналы, про ходящие по независимым от основных каналов трассам.
Ко второму виду можно отнести информацию, допускающую при передаче ее от источника к потребителю перерывы, длитель ность которых соизмерима с временем переключения каналов (се кунды, минуты). Передача такой информации осуществляется по одному (основному) каналу. Для замены основного канала в слу чае его повреждения предусматривается резервный канал, прохо дящий по независимой от основного канала трассе. Время пере ключения на резерв должно быть меньше времени допустимого перерыва.
Наконец, существует еще один вид информации, допускающий перерывы, время которых определяется техническими возможнос тями организации обходных путей связи. Информация этого вида
передается по каналам, не |
имеющим подготовленного резерва. |
В зависимости от вида, |
к которому приведена информация, |
различают две большие группы сообщений. К первой группе отно сят информацию, представленную в виде непрерывных электриче ских сигналов. Такую информацию называют обычно аналоговой. Сюда относится передача речевых сигналов, фотоизображений, программ вещания и телевидения. Ко второй группе относят ин формацию, представленную в виде электрических сигналов, при нимающих дискретные значения в определенные моменты времени. Такую информацию называют дискретной. К этой группе относится передача сигналов тонального телеграфирования и различного ро да машинной информации.
В зависимости от скорости передачи дискретную информацию условно делят на три группы: 1) информация, передаваемая по стандартным телеграфным каналам со скоростью, достигающей 200 Бод, — низкоскоростная; 2) информация, передаваемая по стандартным каналам ТЧ со скоростями от 200 до 10 000 Вод, — среднескоростная; 3) информация, передаваемая по широкополос ным каналам связи со скоростями, превышающими 10 000 Б од,— высокоскоростная.
По допустимой величине потерь достоверности дискретную ин формацию подразделяют на две группы: 1) информация, при пе редаче которой допускается такая величина потерь достоверности, которую могут обеспечить современные каналы связи без прове дения специальных мер для повышения достоверности, передачи; 2) информация, допускающая меньшую величину потерь досто верности, чем обеспечивают современные каналы связи. В этом
10