Непрерывные каналы связи

Характеристики каналов систем передачи дискретных сообщений

 

 

Канал электросвязи – это совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающая при подключении абонентских устройств передачу сообщений от источника к получателю.

Сети ПДС, как и другие вторичные сети, организуются на базе каналов первичной сети

ВСС РФ. Для передачи дискретных сообщений используются каналы связи, образуемые в системах передачи с разделением по частоте и времени, а также физические цепи проводных линий связи (воздушных, кабельных, волоконно-оптических и т.д.). В настоящем разделе рассматриваются только такие каналы, при поступлении на вход которых непрерывного сигнала на его выходе сигнал также будет непрерывным. Такие каналы, как было отмечено выше, называют непрерывными. Они всегда входят в состав дискретного канала. Непрерывными каналами являются, например, стандартные телефонные каналы связи (каналы тональной частоты – ТЧ) с полосой пропускания 0,3 … 3.4 кГц, стандартные широкополосные каналы, физические цепи и др.

Наиболее распространенным способом задания непрерывных каналов является описание их с помощью операторов преобразования входных сигналов и задание действующих в них помех. При малой мощности входных сигналов справедливо положение о линейности канала. Тогда модель канала может быть представлена в виде линейного четырехполюсника, для которого входной и выходной сигналы связаны интегралом Дюамеля:

(2.1)

где - выходной сигнал; s(t) - входной сигнал; - импульсная характеристика четырехполюсника, представляющая собой реакцию системы на входной сигнал в виде дельта функции.

На небольших интервалах времени канал можно считать стационарным, т.е.

g(t₁,t₂) = g(t₂ – t₁) = g(t).

Канал можно также задать комплексной частотной характеристикой, связанной с g(t) преобразованием Фурье:

(2.2)

где = K(w) и φ(w) = arg- соответственно амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики канала.

Для идеального канала имеем = const, а φ(w) - линейна. Обычно измеряется не ФЧХ, а групповое время прохождения t(w) = dφ (w)/dw. Для идеального канала – канала с линейной фазочастотной характеристикой t(w) = const.

В непрерывном канале всегда действуют флуктуационные помехи. К таким помехам, в частности, относится тепловой шум. Эти помехи принципиально неустранимы. Модель непрерывного канала, включающая в себя четырехполюсник с импульсной характеристикой g(t,t) и источник аддитивных гауссовских помех x(t), представлена на рис.2.1.

Более полная модель должна учитывать другие типы аддитивных помех, нелинейные искажения сигнала, а также мультипликативные помехи. Такая модель непрерывного канала представлена на рис.2.2. Здесь c(×) – амплитудная характеристика безынерционного нелинейного четырехполюсника, моделирующего нелинейные преобразования сигнала в канале; µ(t) - мультипликативная помеха, которая перемножается с полезным сигналом; x₁(t) - аддитивные гауссовские шумы, x₂(t) – аддитивные импульсные помехи; x₃(t) – аддитивные сосредоточенные помехи.

Рис.2.1. Модель линейного непрерывного канала с аддитивным шумом

 

Перейдем к краткой характеристике перечисленных выше помех.

Сосредоточенные или гармонические помехи представляют собой узкополосный модулированный сигнал. Причинами возникновения таких помех являются снижение переходного затухания между цепями кабеля, влияние радиостанций и т.п.

Импульсные помехи – это помехи, сосредоточенные по времени. Они представляют собой случайную последовательность импульсов, имеющих случайные амплитуды и следующих друг за другом через случайные интервалы времени, причем вызванные ими переходные процессы не перекрываются во времени. Причины появления этих помех: коммутационные шумы, наводки с высоковольтных линий, грозовые разряды и т.п. Нормирование импульсных помех в канале ТЧ производится путем ограничения времени превышения ими заданных порогов анализа.

Флуктуационная помеха характеризуется широким спектром и максимальной энтропией и поэтому с ней труднее всего бороться. Однако в проводных каналах связи уровень флуктуационных помех достаточно мал и они при малой удельной скорости передачи информации практически не влияют на коэффициент ошибок.

Мультипликативные помехи обусловлены случайными изменениями параметров канала связи. В частности, эти помехи проявляются в изменении уровня сигнала на выходе демодулятора. Различают плавные и скачкообразные изменения уровня. Плавные изменения происходят за время, которое намного больше, чем t₀; скачкообразные - за время, меньшее t_0. Причиной плавных изменений уровня могут быть колебания затухания линии связи, вызванные, например, изменением состояния погоды, а в радиоканалах – замирания. Причиной скачкообразных изменений уровня могут быть плохие контакты в аппаратуре, несовершенство эксплуатации аппаратуры связи, технологии измерений и др.

Снижение уровня более, чем 17,4 дБ ниже номинального, называется перерывом. При перерыве уровень падает ниже порога чувствительности приемника и прием сигнала фактически прекращается. Перерывы длительностью меньше 300 мс принято называть кратковременными, больше 300 мс – длительными.

 

Рис.2.2. Модель непрерывного канала с различными видами искажений шумов и помех

 

Импульсные помехи и перерывы являются основной причиной появления ошибок при передаче дискретных сообщений по проводным каналам связи.

К искажениям формы сигнала на выходе непрерывного канала приводят также сдвиг его спектральных составляющих по частоте df, фазовые скачки и фазовое дрожание Dφ(t)несущего колебания. В результате частотного сдвига, фазовых скачков и фазового дрожания и появляется паразитная угловая модуляция сигнала.