книги из ГПНТБ / Панкратов, В. П. Фазовые искажения и их компенсация в каналах тч при передаче дискретных сигналов

Переходное приращение частоты определяется произ­ водной и для принятых выше условий симметричности будет равно

Аю____________ Aa {t) Ca (t) — Da (t)Ba {t)_________

Дсо(0 =

cos2 Дсо t [Ca(t) tg Aco t—Da(t)]2+[Aa(t)—Ba(t) tg Aco *]2 ’

(6.48)

где

Aa(0 == Л> (P) К (®i) Ala -f- A2a

Ba(t) — 2J1 (P) К (cox)sin тДо) + Bla + B2a

Для выражения синфазных и ортогональных состав­ ляющих переходных функций А 1а, В1а, А2а, В2а через ана­ логичные функции тракта передачи без фазовых иска­ жений используются формулы:

A a = J 0 (Р ) А ( 0 —(Р) 1АА (^ — т ) —

— Ax(t + т)] cos тАсо— J±($) [Bx(t— т)+

-j- А (t 4- т)] sin тДо)

где Ai(t)Bi(t) — синфазная и ортогональная составляю­ щие переходной функции тракта без фазовых искаже­ ний, рассчитываемые по ф-лам 44.85а), где вместо со0 берется соь

Составляющие А2а, В2а определяются по ф-лам (6.50) заменой индекса 1 на индекс 2, т. е. 'заменой круговой частоты cot на круговую частоту 0)2 в ф-лах (4.85а). По­ лагая в ф-лах (4.85а, б, в) х2-+оо, можно получить зна­ чения функций Aa(t), Ba(t), Ca(t), Da(t), соответствую­ щие переходной характеристике.

Результаты расчета переходной характеристики отно­ сительной круговой частоты по ф-ле (6.48) при различ­ ных амплитудах неравномерности фазо-частотной харак­

190

крутизну нарастания частоты, но вызывают существен­ ное увеличение выброса 'переходной характеристики, что приводит к колебательному процессу и межсимвольным связям между соседними сигналами. Тот'факт, чтопереходная характеристика в точке Aat= 0 близка к линей­ ной, имеет большое значение, так как позволяет опреде-

Au(t)

лить крутизну характеристики, почти независимую от фазовых искажений, и л е г к о рассчитывать искажения длительности сигналов при воздействии различного рода аддитивных помех [25]. Крутизна переходной характери­ стики обычно определяется соотношением

^ _ 1 dАсо (/)

Дсо dt

что для случая отсутствия фазовых искажений дает

где AF — полоса пропускания фильтра или тракта; P=AF/2Af — параметр, определяющий крутизну пере­ ходной характеристики относительной круговой частоты. Уменьшение р равносильно уменьшению крутизны на­ растания переходной характеристики.

Переходная характеристика относительной круговой частоты позволяет установить, что-время нарастания ча-

191

стоты частотномодулированного сигнала равно времени нарастания огибающей амплитудномодулированного сиг­ нала с двумя боковыми полосами.

Из рис. 6.21 также видно, что введение фазовых ис­ кажений вызывает смещение переходной характеристи­ ки в сторону опережения, в результате чего возникают краевые искажения или искажения длительности сигна­ лов. Расчеты показывают, что при р=0,4 рад краевые

бдл= 24 % •

Аналогичную оценку краевых искажений можно сде­ лать по результатам расчета процесса устанавливания частоты при передаче парных импульсов по каналу, не­ равномерность фазо-частотной характеристики которого имеет несколько периодов [37]. Расчеты позволяют уста­

новить, что для скорости передачи сигналов В — — Бод

1,9

и индексе модуляции т = \ краевые искажения состав­ ляют:

при Р —0,1 рад бдл = :5 —-7%;

Из сравнения результатов расчета величины краевых искажений за счет неравномерности фазо-частотной ха­ рактеристики тракта в системах передачи ЧМ и AM сигналов (см. рис. 6.5) следует, что наибольшее воздей­ ствие фазовые искажения оказывают на передачу AM сигналов. Такой же вывод можно сделать и из сравне­ ния помехоустойчивости или вероятности ошибки в дис­ кретном канале при передаче сигналов по тракту с фа­ зовыми искажениями при наличии флуктуационных помех.

Обобщая результаты анализа влияния неравномер­ ности фазо-частотной характеристики на передачу ЧМ сигналов, можно сделать следующие выводы:

1. Фазовые искажения не уменьшают крутизну на­ растания частоты, что равносильно уменьшению зависи­ мости между длительностью кратчайшего передаваемого импульса и величиной неравномерности. фазо-частотной характеристики по сравнению с трактом передачи AM сигналов.

192

2. Фазовые искажения увеличивают выбросы пере­ ходного приращения частоты и вызывают колебатель­ ный процесс устанавливания частоты, что ведет к увели­ чению межеимвольных связей и снижению помехоустой­ чивости приема сигналов.

3. Фдзовые искажения вызывают краевые искажения сигналов, величина которых определяется амплитудой неравномерности фазо-частотной характеристики.

'В литературе широко используются сравнительные характеристики помехоустойчивости различных систем передачи и приема сигналов. Однако здесь они не рас­ сматриваются, так как практическое использование их для нормирования частотных характеристик тракта пе­ редачи сигналов оказывается затруднительным.

ГЛ А В А 7. ТРЕБОВАНИЯ

КЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ТРАКТА

ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

7.1. Тракт передачи дискретных сигналов

В общем случае систему передачи дискретной ин­ формации, как и любую систему связи, можно считать состоящей из отправителя сообщений, передатчика, преобразующего сообщение в удобный для передачи электрический сигнал, канала свяйи, приемника, осу­ ществляющего преобразование принимаемого электриче­ ского сигнала в сообщение, и, наконец, получателя сооб­ щений. Однако общая схема системы передачи дискрет­ ной информации не выявляет особенностей рабо­ ты отдельных ее элементов и нуждается в дета­ лизации.

Итак, структурную схему системы передачи дискрет­ ной информации целесообразно представить в виде, изображенном на рис. 7.1. Система передачи дискретной

Рис. 7.1

информации включает оконечное оборудование АПД (пе­ редатчик и приемник аппаратуры передачи данных) и уплотняемый магистральный канал связи. Датчиком ин­ формации ДИ могут быть выходное устройство ЭВМ, автоматический датчик, трансмиттер или передающая часть телеграфного аппарата. Передаваемая информа­ ция в виде последовательности импульсов постоянного тока поступает в кодирующее устройство КУ, где в за­ висимости от применяемого метода защиты от ошибок вводится соответствующее число избыточных импульсов. Это позволяет устройству защиты от ошибок УЗО при­ емника АПД повысить достоверность информации. Пре-

194

образование ‘импульсов постоянного тока системы пере­ дачи дискретной информации СГТДИ в импульсы пере­ менного тока, модулированного по амплитуде, частоте или фазе, осуществляется в модуляторе М. Обратное преобразование сигналов происходит в демодуляторе ДМ, включенном на входе решающего устройства РУ. Обычно оборудование передатчика и приемника, обеспе­ чивающее ввод и вывод передаваемых импульсов по­ стоянного тока в уплотняемый канал связи, принято на­ зывать модемом. Приемником информации ПИ могут быть входное устройство ЭВМ, оборудование отображе­ ния информации или приемная часть телеграфного ап­ парата.

В отличие от общепринятых структурных схем [5, 16, 56], представленная на рис. 7.1 схема обладает той осо­ бенностью, что в приемнике АПД перед демодулятором включено устройство корректирования КРУ частотных характеристик тракта передачи дискретных сигналов пе­ ременного тока.

Систему передачи дискретной информации принято делить на отдельные участки, которые образуют различ­ ные каналы: дискретный, постоянного тока и непрерыв­ ный. В понятие последнего включаются каналы тональ­ ной частоты или широкополосные (в зависимости оттого, какой из каналов используется для передачи дискретных сигналов). Такое деление системы удобно с точки зре­ ния увязки требований к электрическим характеристи­ кам отдельных ее элементов, так как проектирование узлов аппаратуры осуществляется специалистами, рабо­ тающими в разных лабораториях одного или нескольких предприятий. Отсюда следует, что определение требова­ ний к параметрам отдельных элементов системы являет­ ся одной из задач оптимального проектирования. Сейчас уже разработаны параметры каждого из указанных ка­ налов, входящих в общую систему, и они довольно жест­ ко нормируются рекомендациями МККТТ либо требова­ ниями к электрическим характеристикам уплотняемого канала тч. Так, например, согласно нормам МККТТ ве­

мого канала указывается, что потеря верности сигналов двоичного кода должна быть не более 5 ■10-5 при протя-

определяется 5• 10-5 (L/12 500). Помимо потери верности передачи для дискретного канала, задаются также внеш­ ние электрические характеристики, т. е. значения вход­ ных (выходных) сопротивлений и величины управляю­ щих напряжений (токов). ,

Учитывая, что качество передачи дискретных сигна­ лов во многом зависит от оборудования уплотняемого канала тч, характеристикам последнего предъявляются определенные требования. Принципы нормирования элек­ трических характеристик каналов тч подробно рассмот­ рены в гл. 1. Нормируемыми характеристиками канала тч являются: остаточное затухание и его временная не­ стабильность, амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики, сдвиг передаваемых частот сигнала, средняя величина псофометрического напряжения, им­ пульсные помехи и длительность кратковременных пере­ рывов связи. Нормы на указанные характеристики, хотя и учитывают условия передачи дискретных сигналов, но определяются, главным образом, оборудованием кана­ лов, Это вынуждает осуществлять корректирование ха­ рактеристик каналов и особенно при их подготовке для передачи сигналов с большой скоростью. Причем тре­ буемая точность корректирования не регламентируется какими-либо общепринятыми нормами и определяется различными авторами по-разному. Отсюда следует необ­ ходимость нормирования частотных характеристик трак­ та, по которому передаются дискретные сигналы пере­ менного тока. В этот тракт должны быть включены уп­ лотняемый канал тч и устройства корректирования; иногда в него приходится включать канальные фильтры передающего и приемного оборудования АПД.

Таким образом, очевидна необходимость нормирова­ ния характеристик тракта, по которому передаются мо­ дулированные сигналы переменного тока, условно назы­ ваемого трактом передачи дискретных сигналов.

7.2. Нормирование частотных характеристик тракта передачи дискретных сигналов

Передача дискретных или импульсных сигналов по каналам тч осуществляется колебаниями переменного тока с использованием различных видов модуляции. Наи­ большее распространение для передачи данных получили

196

фазомодулированные колебания, позволяющие значи­ тельно повысить пропускную способность каналов путем применения многократных систем передачи. Для среднескоростных систем передачи данных используются частотномодулированные колебания, хотя находят примене­ ние и амплитудномодулированные колебания, главным образом, в зарубежных образцах аппаратуры. Каждый из этих видов модуляции обладает характерными для него особенностями в отношении помехоустойчивости, ширины шектра частот, переходных характеристик и чувствительности к искажениям за счет неравномерно­ сти частотных характеристик тракта. Поэтому требова­ ния к частотным характеристикам тракта передачи дис­ кретных сигналов при одинаковом качестве связи долж­ ны быть различными для систем, использующих тот или иной вид модуляции. Однако практически удобно опе­ рировать требованиями, не зависящими от вида исполь­ зуемой модуляции. Материалы гл. 6 показывают, что наиболее сильное воздействие неравномерности частот­ ных характеристик оказывают при передаче сигналов амплитудномодулированными колебаниями. Следова­ тельно, можно утверждать, что если осуществить кор­ ректирование характеристик канала тч с точностью, обеспечивающей требуемое качество передачи сигналов амплитудномодулированными колебаниями, то при ис­ пользовании этого тракта для передачи сигналов частотномодулированными и фазомодулированными колеба­ ниями качество передачи сигналов будет не хуже тре­ буемого.

Правильный прием сигналов может осуществляться в том случае, когда приемник обладает исправляющей спо­ собностью, большей, чем краевые искажения принимае­ мых сигналов. Приемники современных синхронных си­ стем имеют исправляющую способность порядка 46— 47%. Следовательно, правильный прием сигналов будет возможен, когда искажения длительности сигналов бу­ дут около 40%. Однако для обеспечения высокой вер­ ности связи допустимые краевые искажения принимае­ мых сигналов должны быть значительно меньше.

Анализ результатов выполненных нами расчетов, часть из которых приведена на рис. 6.6, позволяет уста­ новить, что максимально допустимой амплитудой сину­ соидальной неравномерности фазо-частотной характери­ стики можно считатр рДоп=0,3 рад. При этом краевые искажения сигналов с надежностью 0,92 будут не более

187

6 < ± 17,5%, а вероятность ошибки за счет флуктуационных помех при наличии фазовых искажений не будет превосходить Рош<Ю~8. Согласно ф-ле (6.32) относи­ тельная величина фазового всплеска в этом 'случае ока­

зывается равной бф = ^ у 2-=0,15. Экспериментальные ис­

следования краевых искажений сигналов и вероятности ошибки в дискретных каналах показывают, что прием­ лемые для практики значения относительной величины фазового всплеска лежат в пределах 8ф= 0 ,10—0,2. Од­

нако в трактах, где, помимо фазовых искажений, имеют­ ся небольшие амплитудно-частотные искажения, 8ф <

<0,15.

При оценке тракта передачи дискретных сигналов по групповому времени, используя ф-лу (1.7), получаем

Отсюда допустимое отклонение группового времени тракта с эффективно передаваемой полосой частот 0,3ч-3,4 кГц при принятом значении р=0,3 рад оказы­ вается равным

Для тракта с эффективно передаваемой полосой частот 0,3-ь2,7 кГц допустимое отклонение группового времени равно

Итак, тракты или каналы, имеющие одинаковые до­ пустимые фазовые искажения, в зависимости от ширины эффективно передаваемой полосы частот характеризу­ ются различной величиной допустимого отклонения груп­ пового времени. Оно будет также изменяться и при включении фазокорректирующих устройств, так как при этом будет изменяться тн. Д л я иллюстрации трудностей оценки качества тракта по частотной зависимости груп­ пового времени рассмотрим характеристики двух кана­ лов, изображенные на рис. 7.2.

Если сравнить каналы, подготавливаемые для пере­ дачи дискретных сигналов, только по величине отклоне­ ния группового времени, то окажется, что канал 1, имею­ щий максимальное отклонение A/t = ±0,25 мс, лучше, чем

<198

канал 2, у которого Д 4 = ± 0 ,4 мс. Однако правильной является оценка по отклонению фазовой характеристи­ ки, согласно которой канал 2, имеющий максимальную

Таким образом, задание только одной величины до­ пустимого отклонения группового времени безотноси­ тельно к ширине полосы канала или периоду колеба­ тельного изменения его частотной характеристики не имеет смысла, так как не позволяет оценить степень мешающего действия фазовых искажений. Поэтому при нормировании трактов и каналов по частотной зависи­ мости группового времени необходимо, кроме допусти­ мой величины отклонения, указывать максимально до­ пустимый период по частоте колебательного изменения группового времени {49].

При нормировании телефонных каналов, предназна­ ченных для передачи данных, в качестве допустимой величины отклонения группового времени часто исполь­ зуют величину А/*доп=^4, где t0= \/B — длительность кратчайшего импульса {б, 16]. Это, в частности, следует из оценки снижения помехоустойчивости систем переда­ чи данных за счет фазовых искажений при различных методах приема сигналов [85]. Можно определить, что такая величина отклонения группового времени соответ­ ствует амплитуде неравномерности ФЧХ р=0,5 рад. В этом случае, как показывает практика эксплуатации систем передачи данных, возникают заметные искаже­ ния, что вынуждает уменьшать **доп до 0,5ч-0,3 U , когда

р=0,25-4-0,2 рад.

199