3.2.2. КАНАЛЫ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ

Каналы ТЧ, организованные с применением аппаратуры частотного разделения или ИКМ, позволяют устанавливать между абонентами телефонной сети автоматические соединения, которые могут быть использованы и для передачи данных с помощью модемов (см. том 2, разд. 7.2). В других случаях эти каналы служат для образования постоянных (некоммутируемых) соединительных трактов, передача данных по которым возможна с применением не только модемов, но и многоканального оборудования (см. том 2, разд. 7.4.2). Постоянные соединительные тракты, как каналы с особым качеством, согласно Рекомендации предназначены для передачи данных от административных учреждений; они могут быть использованы в некоммутируемых сетях (см. том 2, разд. 9.5).

3.2.2.1. МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ

При передаче данных с помощью модемов по каналам ТЧ максимально допустимый уровень передачи в соответствии с Рекомендацией может составлять не более . В отдельных странах, однако, в настоящее время установлен уровень передачи ниже предписанной МККТТ верхней границы, например в сетях Почтового ведомства ФРГ только . Таким образом, в ФРГ с учетом диаграмм затухания [3.10] на входе абонентских линий допуетйм только уровень мощности бы в случае необходимости согласовать уровень передачи с возможностями связи, большая часть ведомств связи требует одного, установленного в определенных пределах уровня передачи, например для модемов между 0 и

Суммарный уровень мощности систем тонального телеграфирования, работающих с частотным разделением каналов, также регламентирован нормами МККТТ [3.14]; он выбран более высоким, чем для передачи данных с помощью модемов, поскольку количество систем тонального телеграфирования на одну первичную группу может ограничиваться (см. том 2, разд. 7.4.2). В то время как в старых системах применялась амплитудная модуляция, современные работают почти исключительно по принципу частотной модуляции и имеют суммарный уровень мощности при установлении этого значения особое внимание было обращено на обеспечение возможности модуляции. Вообще следует отметить, что при наложении сигналов в многоканальных системах с частотным разделением пиковое значение напряжения может быть равным сумме пиковых значений напряжений в отдельных каналах. Тогда уровень мощности одного из сигналов получается равным от заданного суммарного уровня мощности; пиковое напряжение этого сигнала составляет от того пикового напряжения, которое имел бы одиночный синусоидальный сигнал заданной мощности. Таким образом, пиковое напряжение суммы отдельных сигналов, разделенных по частоте, может быть в раз больше пикового напряжения одиночного сигнала той же мощности.

3.2.2.2. МИНИМАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ И ОСТАТОЧНОЕ ЗАТУХАНИЕ

Для помехоустойчивой передачи данных минимальный уровень на входе приемного устройства имеет решающее значение. Он определяется уровнем передачи и затуханием канала связи между передатчиком и приемником, так называемым остаточным затуханием.

Для модемов, применяемых в коммутируемых телефонных сетях общего пользования, соответствующими рекомендациями МККТТ, например в качестве нижней границы уровня приема принято значение Таким образом, при уровне передачи установленном для телефонной сети Почтового ведомства ФРГ, в соединительном тракте допустимо остаточное затухание до Частотные характеристики остаточного затухания телефонных соединительных трактов, измеренные этим ведомством в 1966 [3.15] и 1970 гг. [3.16], показаны на рис. 3.16. Как видно, на частоте 2500 Гц в неблагоприятном случае 50% соединительных трактов имеют остаточное затухание ниже ниже и 99% — ниже Измерения, проведенные в телефонных сетях других ведомств (например, [3.17, 3.18]), также показывают, что на частоте 2500 Гц только у незначительной части соединительных трактов национальных сетей

остаточное затухание превышает Согласно обстоятельным исследованиям трактов международных телефонных сетей [3.19], остаточное затухание, на частоте 2500 Гц в 95% всех случаев не превышает Наивысшее измеренное значение остаточного затухания составило около Передача данных по соединительным трактам с таким уровнем невозможна. В этом случае можно только попытаться путем повторного вызова установить более благоприятное соединение.

Рис. 3.16. Характеристики остаточного затухания в телефонной сети Почтового ведомства ФРГ [3.15, 3.16]

Так как использование некоммутируемых двух- и четырехпроводных линий позволяет выбрать благоприятный тракт передачи, то в этих случаях можно рассчитывать на остаточное затухание менее Особенно типично это значение для телефонных соединительных трактов высокого качества, предназначенных для передачи данных согласно Рекомендации МККТТ М. 102 [3.20]. Для модемов, работающих в таких трактах, Рекомендациями и установлен минимальный уровень приема

3.2.2.3. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ЗАТУХАНИЯ

Наряду с абсолютным значением затухания, при передаче данных представляет интерес и зависимость затухания от частоты — неравномерность затухания. На рис. 3.17 показаны огибающие неравномерности затухания по отношению к значению затухания на частоте Гц, построенные по данным измерений в телефонных сетях Почтового ведомства ФРГ [3.15]. Измерения проводились в 1966 г. из двух пунктов, расположение которых не изменялось по отношению к большому числу других пунктов указанных сетей. При этом абонентская линия, ведущая к пункту 1, была намного длиннее, чем к пункту 2, что отчетливо видно по более сильному подъему области между кривыми 1 и 1 на

высоких частотах. На рис. 3.18 показана область неравномерности затухания, построенная на основе большого числа измерений на международных линиях автоматической телефонной связи [3.19].

Рис. 3.17. Огибающие неравномерности затухания по отношению к его значению на частоте 800 Гц, построенные по результатам измерений в двух пунктах (1 и 2) телефонной сети Почтового ведомства ФРГ [3.15]. Все измеренные значения лежат между кривыми 1 и 1 или соответственно 2 и 2.

Как видно из рис. 3.17 и 3.18, неравномерность затухания имеет две причины; ограничение полосы частот в системах ВЧ или ИКМ и рост затухания абонентских линий (см. рис. 3.5а) или пупинизированных кабелей (см. рис. 3.9) с повышением частоты.

Рис. 3.18. Области рассеяния неравномерности затухания по отношению к его значению на частоте 800 Гц в соединительных трактах международной связи [3.19]

Рассмотренные кривые неравномерности затухания соединительных трактов коммутируемых телефонных сетей в общем справедливы и для некоммутируемых линий связи.

На рис. 3.17 и 3.18 отмечены границы допустимой неравномерности затухания для телефонных соединительных трактов особого

качества, предусмотренных Рекомендацией Можно заметить, что в эти границы попадает лишь небольшой процент соединительных трактов, поэтому организация таких трактов требует индивидуальной коррекции характеристик, прежде всего неравномерности затухания абонентских линий.

В будущем, с расширением использования систем ИКМ, которые имеют более простые фильтры, чем ВЧ системы, неравномерность затухания на границах полосы частот будет меньше.

3.2.2.4. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ГВЗ

В то время как на качество передачи речевых сигналов зависимость ГВЗ от частоты, т. е. неравномерность ГВЗ, не влияет, так как человеческое ухо к ней нечувствительно, при передаче данных ее следует учитывать (см. разд. 5.2.1).

Неравномерность ГВЗ в телефонных трактах обусловлена практически только фильтрами системы ВЧ или ИКМ и пупинизированными кабелями. Неравномерность ГВЗ высокочастотного тракта телефонного канала показана на рис. 3.19. Для сравнения на этом же рисунке показано ГВЗ для системы акционерного общества Сименс.

Нанесены также границы допусков согласно Рекомендации

Рис. 3.19. Неравномерность ГВЗ высокочастотного тракта (по сравнению с ГВЗ на частоте 2000 Гц) и тракта ИКМ (по сравнению с ГВЗ на частоте 1500 Гц)

Неравномерность ГВЗ, обусловленная затуханием абонентских линий, существенно меньше (сравните, например, рис. 3.6 и 3.19). Эта неравномерность при различных соединениях, иногда даже между одними и теми же абонентами, неодинакова из-за различий в числе и характеристиках включаемых фильтров ВЧ тракта.

Кроме того, неравномерность ГВЗ имеет разные значения в отдельных национальных сетях (см., например, [3.15, 3.21]). В сети Почтового ведомства ФРГ 50% всех телефонных трактов включают в себя от двух до трех, максимум до пяти, участков ВЧ тракта. На международных линиях их число может доходить До 12.

Графики неравномерности ГВЗ, измеренной в сетях Почтового ведомства ФРГ [3.15], показаны на рис. 3.20, а в

международных линиях [3.19] — на рис. 3.21. Приведенные на рис. 3.20 и 3.21 значения с увеличением использования систем ИКМ, как видно из рис. 3.19, становятся меньше. Кривая рис. 3.19 построена по данным измерений в одной из систем ИКМ.

Рис. 3.20. Огибающие неравномерности ГВЗ по отношению к значению ГВЗ на частоте 2000 Гц, построенные по данным измерений в двух пунктах (l и 2) телефонной сети Почтового ведомства ФРГ. Все измеренные значения лежат между кривыми и 1 или соответственно 2 и 2 [3.15]

Согласно Рекомендации значения ГВЗ могут лежать в пределах допусков, составляющих половину тех, что предусмотрены Рекомендацией МККТТ .

Рис. 3.21. Неравномерность ГВЗ по сравнению с его значением на частоте 2000 Гц в полосе 500 Гц с центральной частотой 3200 Гц [3 19]

Тем самым возможно, как видно из рис. 3.19, чтобы неравномерность ГВЗ тракта ИКМ соответствовала бы неравномерности ВЧ тракта. В какой степени неравномерность ГВЗ может быть уменьшена, можно будет выявить при последующих измерениях в сетях.

Из рис. 3.20 и 3.21 видно, что при верхней граничной частоте большая часть коммутируемых трактов удовлетворяет допускам, предусмотренным Рекомендацией для трактов особого качества, даже без коррекции, а при нижней граничной частоте — лишь в немногих случаях. Для некоммутируемых двух- или четырехспроводных линий область разброса значений ГВЗ можно принять несколько суженной но сравнению с коммутируемыми линиями, поскольку возможно их совместное включение.

3.2.2.5. ЗАПАЗДЫВАНИЕ СИГНАЛА И ЭХО-СИГНАЛЫ

В полудуплексном режиме и в некоторых других случаях, например при использовании систем с обнаружением ошибок и повторением искаженных блоков данных, имеет значение и абсолютное время замедления, характеризующее запаздывание сигнала данных. Если речь идет только о системах ВЧ связи с применением кабелей или радиорелейных линий, то для таких систем запаздывание сигнала в пределах одной страны составляет несколько миллисекунд. Общее запаздывание в пределах Европы, как правило, не превышает Если, однако, передача осуществляется через спутники, сигнал может запаздывать на время

Запаздывание сигнала также имеет значение тогда, когда при переходе с двухпроводной линии на четырехпроводную (см. рис. 3.15) через дифференциальный трансформатор прямой и обратный пути разделены не полностью и поэтому возникает эхо-сигнал. Неполное разделение прямого и обратного путей прохождения сигнала возможно при неидеальном включении дифференциального трансформатора. Затухание в разветвлении, т. е. затухание между парами клемм, 2 и 3, трансформатора (см. рис. 3.14), в отличие от идеального случая, становится уже не бесконечно большим, а конечным, и сигнал, поступающий на клеммы 2, все же попадает (хотя и с некоторым затуханием) на клеммы 3.

От места передачи (при телефонной связи — от говорящего) из-за неидеальной работы трансформатора сигнал с некоторым запаздыванием (равным времени прохождения прямого и обратного путей по четырехпроводной линии и удвоенному времени запаздывания в абонентской линии, см. рис. 3.15) ослабленным возвращается назад к говорящему. Этот сигнал называют эхом у говорящего. Если, возвращаясь, сигнал вновь преобразуется одним из таких неидеальных дифференциальных трансформаторов, имеющихся в канале передачи от говорящего к слушающему, то удаленный абонент через некоторое время, равное времени прохождения сигнала по четырехпроводной линии туда и обратно, воспримет эхо-сигнал, называемый эхом у слушающего.

Разность между уровнями полезного сигнала и эхо-сигнала у говорящего складывается из двойного затухания абонентской лииии, затухания дифференциального трансформатора и возможного затухания четырехпроводной линии. Разность между уровнями полезного сигнала и эхо-сигнала у слушающего представляет собой сумму затуханий дифференциальных трансформаторов на стороне говорящего и слушающего и возможного затухания четырехпроводной линии.

Эхо у говорящего может создавать помехи передаче данных лишь при смене ее направления, если после окончания передачи сигнала приемник включается прежде, чем прекратился эхо-сигнал, т. е. не соблюдается эхозащитный интервал времени (ом. том 2, разд. 7.1.1.5). Эхо у слушающего при соответствующей амплитуде всегда может мешать приему сигналов данных и поэтому более существенно, чем эхо у говорящего.

Рис. 3.22. Типичный вид кривой, неравномерности затухания при сильном влиянии эха (измеренные значения отнесены к значениям затухания при и 1700 Гц) [3.17]

При измерении затухания в телефонном тракте эхо у слушающего проявляется в волнообразном характере частотной характеристики затухания (рис. 3.22), поскольку амплитуды полезного сигнала и эхо-сигнала в зависимости от задержки или фазы могут складываться или вычитаться, так что при изменении частоты возникают максимумы и минимумы затухания и Разность этих экстремальных значений

Отсюда можно найти затухание эха у слушающего е. логарифм отношения напряжения полезного сигнала к напряжению эхо-сиганала

Затухание эха у слушающего в некоторых соединительных трактах может быть довольно малым, как видно из рис. 3.22 [3.17], где показано влияние эха на неравномерность затухания. Измерения, проведенные в телефонных сетях Почтового

ведомства ФРГ, однако, показали, что для 95% всех соединительных трактов затухание эха у слушающего Превышает 19 дБ [3.15].

Эхо создает наибольшие помехи при запаздывании сигнала примерно на и больше, а также при разговоре между двумя абонентами. Поэтому в соединительных трактах, где возможны такие помехи, за дифференциальным трансформатором на четырехпроводной линии устанавливают эхо-заградители [33]. Последние устроены так, что при наличии на четырехпроводной линии сигнала в направлении приема, в направлении передачи включается звено затухания на то время, пока прием сигнала не прекратится [3.23]. При наличии в линии эхо-заградителей дуплексная передача данных невозможна. Поэтому предусмотрено их отключение тональным сигналом частотой Гц и длительностью не менее После подачи такого сигнала эхо-заградители остаются отключенными в течение всего времени, пока в обоих направлениях по линии передаются сигналы данных длительностью более

3.2.2.6. СДВИГ ЧАСТОТЫ И ФАЗОВОЕ ДРОЖАНИЕ

К свойствам рассматриваемых каналов связи относится также сдвиг частоты, т. е. смещение по частоте всего спектра сигнала. Такой сдвиг возникает при передаче речевых сигналов методом однополосной модуляции с подавлением несущей и обусловлен тем, что частота опорного колебания, используемого для демодуляции на приеме, может отличаться от частоты несущего колебания, модулируемого на передаче. В качестве предельного сдвига частоты в телефонных каналах длиной до рекомендует брать значение ±2 Гц [3.24]. Однако по допускам на отклонения частот генераторов систем ВЧ связи достаточно маловероятным является только сдвиг ±5 Гц [3.24]. Это же предельное значение предусмотрено и для соединительных трактов, отвечающих Рекомендации В сетях ФРГ сдвиг частоты для подавляющего большинства соединительных трактов не превышает 2 Гц; в 99% всех трактов коммутируемых телефонных сетей США он менее 1,1 Гц [3.21]. Чтобы, однако, учесть, возможные экстремальные случаи, особенно на международных линиях, рекомендации МККТТ для аппаратуры передачи данных (см. том 2, разд. 7) исходят из сдвига частоты ±6 Гц.

Следует рассмотреть также фазовое дрожание передаваемых сигналов (джиххер-фазы). Это явление в основном возникает из-за модуляции несущего колебания фоном переменного тока. До сих пор были известны лишь результаты измерения фазового дрожания в телефонных сетях США [3.21]: в диапазоне частот

от 12 до 798 Гц 90% всех соединительных трактов имеют фазовое дрожание менее 7°, а в диапазоне от 48 до 96 Гц — менее 2°. Для телефонных трактов особого качества, предусмотренных Рекомендацией на частотах от 20 до 300 Гц временно допускается фазовое дрожание до 15°.

Для новых ВЧ систем МККТТ требует, чтобы при модуляции фоном переменного тока затухание боковых полос было более чем на 45 дБ [3.25]. Максимальное значение фазового дрожания при этом составляет 1,3°. Таким образом, можно ожидать, что в будущем, когда более старые ВЧ системы выйдут из употребления, фазовое дрожание будет меньше.

3.2.2.7. ПОМЕХИ

Среди помех? действующих в канале связи, следует различать распределенный во времени флуктуационный (фоновый) шум, синусоидальные помехи и случайно появляющиеся импульсные помехи. Важно при этом, где появляются помехи в тракте передачи. В соединительных трактах, связь по которым осуществляется с ограничением полосы частот (при использовании систем ВЧ или пупинизированных кабелей), ограничиваются по частоте и шумы, если, конечно, они не возникают в абонентской линии на приемной стороне (см. разд. 3.1.5). Наряду с помехами от посторонних систем, ниже будут рассмотрены и случайные помехи, обусловленные самими сигналами данных, — скачки амплитуды и фазы.

Флуктуационные помехи в каналах телефонной связи возникают, с одной стороны, из-за шумов в пассивных и активных элементах ВЧ или ИКМ тракта, с другой стороны, из-за переходных помех между отдельными каналами ТЧ ВЧ тракта или в низкочастотном кабеле (см. разд. 3.1.4), а также вследствие посторонних помех, например, от радиостанций и силовых электрических сетей. Спектр флуктуациошгой помехи в полосе частот канала ТЧ приблизительно соответствует спектру белого шума, а ее уровень на входе абонентской линии, как доказано обширными измерениями в телефонных сетях, лишь в исключительных случаях превышает (см., например, [3.19]).

Более важным, чем это абсолютное значение, является отношение сигнал/шум, т. е. разность между уровнем полезного сигнала и уровнем шума в полосе частот телефонного канала. Измерения на международных телефонных линиях показывают, что при 90% всех соединений отношение сигнал/шум более ни. при одном из соединений не наблюдалось значение ниже (уровень передачи при этих измерениях был около .

Важнейшим видом синусоидальных помех являются напряжения фона переменного тока, появляющиеся на абонентских линиях телефонных сетей от токов наводок, и в некоторых случаях —

передаваемые по этим линиям импульсы абонентской платы. Фоновые напряжения, которые обусловлены буферным режимом работы станционной батареи совместно с силовыми цепями приборов сети, имеют обычную для силовых цепей частоту, т. е. 50 или 60 Гц, а также соответствующие высшие гармоники, и могут достигать действующего значения примерно Частота заполнения импульсов абонентской платы различна в разных странах. В ФРГ, например, она составляет а в других странах — 10 или Уровень импульсов абонентской платы на входе абонентской линии достигает а максимальное напряжение, наводимое при этом в соседних жилах, может быть около 7 мВ (действующее значение) (см. табл. 3.4).

Импульсные помехи в телефонной сети могут быть вызваны сотрясениями механических контактов, например, от движения соседних искателей. Возникающее при этом результирующее изменение сопротивления вызывает изменение шлейфовых токов в абонентской линии. Кроме того, при несимметричной манипуляции в процессе набора номера появляется напряжение помех, соответствующее несимметрии цепи. Типичная помеха этого вида показана на рис. 3.23.

Для измерения импульсных помех применяют счетчик импульсов согласно Рекомендации МККТТ V.55 [3.26] (см. том 2, разд. 11.2.4.2). Результаты измерений количества импульсов помехи, появляющихся в определенном интервале времени (МККТТ рекомендует время измерения 15 мин) и превышающих определенный порог измерения, для международных линий автоматической связи и телефонных сетей Почтового ведомства ФРГ приведены в табл. 3.6. Результаты этих измерений, как и измерений флуктуационного шума, только тогда могут служить основой для суждения о возможности передачи данных, когда известно отношение уровня полезного сигнала, т. е. сигнала данных, к уровню, при котором регистрируется импульсная помеха. Такого рода измерения до сих пор не опубликованы.

Рис. 3.23. Типичный вид помехи, вызванной процессом набора номера

Подробные данные по измерениям частоты следования импульсных помех в некоммутируемых телефонных линиях неизвестны. Однако по сравнению с коммутируемыми соединительными трактами есть основания ожидать значительно меньше импульсных помех.

Таблица 3.6 (см. скан) Число импульсных помех, которые были зарегистрированы в телефонных соединительных трактах в течение 15 мин с помощью счетчика импульсных помех в соответствии с Рекомендацией

О скачках амплитуды до сих пор мало что известно. В настоящее время установлено, что они вызываются, например, переключениями отдельных участков канала связи. При этом возможны как повышения, так и занижения уровня принимаемого сигнала вплоть до полного прекращения связи — перерыва. Такие перерывы могут иметь длительность от миллисекунд до секунд. Судя по ранее проведенным измерениям, следует рассчитывать на несколько перерывов в день на одно соединение [3.27]. Типичный кратковременный перерыв показан на рис. 5.10 в разд. 5.2.4. Рекомендациями МККТТ предусмотрены измерительные устройства, позволяющие определить занижение уровня (см. том 2, разд. 11.2.5). Возможно, с их помощью удастся Получить более точные представления о длительности и частоте появления занижений уровня.

Помеха, которую можно рассматривать и как импульсную помеху, и как скачок амплитуды, возникает в системах ИКМ из-за ошибок, появляющихся при передаче символов кодовой комбинации (см. разд. 3.2.1). Искаженная кодовая комбинация при декодировании дает ошибочное значение аналогового сигнала. Возникает скачок значения сигнала, имеющий форму импульса длительностью около Среднее расстояние между этими скачками зависит от частоты ошибок. По последним результатам дискуссий в МККТТ следует ожидать временного интервала в несколько секунд (при заданном предельном значении вероятности ошибки

В заключение следует упомянуть также о скачках фазы, которые до сих пор тоже мало изучены [3.28].

3.2.2.8. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

В каналах телефонной связи имеют место также нелинейные искажения. Они возникают при передаче аналоговых сигналов по ВЧ тракту из-за нелинейности модуляционной характеристики. Поэтому МККТТ разработаны рекомендации, касающиеся линейности канальных преобразователей ВЧ систем [3.29]. Обобщающие данные измерений нелинейных искажений в европейских телефонных сетях отсутствуют; к настоящему времени лишь в США проведены измерения . В Рекомендации МККТТ М.102 временно предлагается минимальное затухание для всех высших гармоник по сравнению с основной частотой 700 Гц с уровнем

К нелинейным искажениям следует отнести также отклонения от передаваемых аналоговых значений, возникающие вследствие их округления до значений дискретного растра (квантования) в системах Действие квантования можно рассматривать как шум; согласно оценке, данной в [3.22], минимальное отношение сигнал/шум с учетом используемого при передаче данных уровня составляет Ущерб для передачи данных со скоростями до 2400 бит/с при этом весьма незначителен [3.30, 3.31]. Для более высоких скоростей при заданном отношении сигнал/шум также не следует ожидать существенного влияния этого шума. Правда, в Рекомендаций МККТТ М.102 задано минимальное отношение сигнал/шум, равное при котором это влияние может быть более сильным.