книги / Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи

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

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

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

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

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