5. Учет свойств реальных каналов связи при передаче данных

В разд. 4 были рассмотрены условия, при которых возможна наиболее помехоустойчивая передача данных. При этом в зависимости от метода передачи необходимо исследовать как спектральную плотность мощности сигнала в канале связи, так и вид принимаемого сигнала во временной области. Наряду с надлежащим выбором параметров системы передачи, упомянутые условия требуют определенного изменения модуля спектральной функции и линейного изменения ее фазы. Фильтры системы передачи можно выбрать такими, чтобы ее общая передаточная функция была весьма близка к желаемой как по модулю, так и по фазе. Если формирование спектра осуществляется уже в самой системе передачи (что обязательно при наличии канала с переменными параметрами), то к каналу связи между передатчиком и приемником системы предъявляются следующие требования: в используемой полосе частот затухание должно быть постоянным (абсолютное затухание играет роль только при выборе длительности приема и пауз), а фазовая характеристика — линейной или соответственно групповое время замедления — постоянным.

Каналы связи, отведенные для передачи данных, во многих случаях, однако, не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому в разд. 5.2.1 рассматривается влияние неравномерности затухания и ГВЗ на передачу сигналов данных. При применении компромиссного корректора канала (см. разд. 5.3.1.1) или настраиваемого корректора, который используется при более высокой удельной скорости передачи (см. разд. 5.3.1.2), имеется остаточная неравномерность затухания и ГВЗ. Особое внимание в разд. 5.3.2 уделяется адаптивной автоматической коррекции принимаемого сигнала, получившего искажение из-за свойств частотных характеристик затухания и ГВЗ канала связи, во временной области. Такая коррекция обеспечивает оптимальное согласование системы с каналом связи, в особенности когда он имеет переменные параметры.

Кроме того, при передаче с применением модуляции важное значение имеют сдвиги частоты и фазовое дрожание (джиттер), которые могут появляться в высокочастотных системах дальней связи (см. разд. 3.2). Их влияние на передачу сигналов данных рассматривается в разд. 5.2.

В разд. 5.2.4 приводятся некоторые общие сведения и о влиянии посторонних помех на передачу сйгналов.

Чтобы оценить влияние перечисленных характеристик канала связи, необходимо иметь соответствующие критерии оценки. Прежде всего укажем такие критерии, поскольку в разд. 4 о них ничего не говорилось.

5.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

Для оценки влияния канала связи на передачу данных, в первую очередь, представляет интерес отклонение принимаемого сигнала от желаемого во временной области. Поэтому широко используют критерии оценки, отражающие указанное отклонение. В качестве примера на рис. 5.1 показано влияние неравномерности затухания ВЧ тракта на изменение сигнала по сравнению с идеальным сигналом.

Рис. 5.1. Парциально кодированный импульс класса 4: кривая 1 — идеальный; кривая 2 — после передачи с одной боковой полосой через три участка ВЧ тракта (несущая частота скорость передачи 4800 бнт/с)

5.1.1. ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ

Показателем, лучше всего характеризующим качество передачи, является вероятность ошибки. Под влиянием линейных искажений сигнала она возрастает, так как из-за межсимвольной интерференции, т. е. нежелательного наложения предыдущих и последующих импульсов, отсчет сигнала может изменяться в сторону соседнего разрешенного его значения, и тогда достаточно более слабой помехи, чтобы принимаемому сигналу в момент отсчета было приписано ошибочное значение. Однако как расчет, так и измерение вероятности ошибки в условиях, когда в качестве помехи воспроизводится только белый шум, сопряжены с высокими затратами (см. разд. 4.5). Если же учитывать реальные помехи в канале связи, то необходимы весьма обширные измерения (см. разд. 5.2.4), поскольку, за исключением некоторых особых случаев, эти помехи в своей совокупности не поддаются достаточно точному воспроизведению.

5.1.2. СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

Во многих случаях для опенки качества передачи достаточно! и более простых критериев. Часто используемым показателем ляется среднеквадратическая погрешность которая определяется как сумма квадратов отклонений значений отсчетов от требуемых, деленная на число учитываемых измерений:

где значение принимаемого сигнала в момент отсчета соответствующее неискаженное значение.

При линейных методах передачи, т. е. при передаче в первичной полосе частот или использовании амплитудной модуляции и двоичной передачи со значениями представляет собой также сумму квадратов отклонений отсчетов отдельного искаженного импульса, например, изображенного на рис. 5.1, от требуемых значений:

Так как для применяемых при передаче форм импульсов большинство отсчетов равно нулю, то (5.2) обычно вычислить легче; чем (5.1).

Благодаря относительно простому определению и способности хорошо характеризовать «среднее» качество передачи среднеквадратическая погрешность является ныне весьма часто используемым показателем, в особенности для расчетной оценки качества, например, при оптимизации каналов связи [5.1]. Так как среднеквадратическая погрешность не имеет, однако, непосредственного наглядного смысла и, как правило, по ее измеренному значению невозможно судить о качестве передачи без детальных сведений о методе и устройствах передачи, то как измеряемый показатель качества передачи она практически не используется.

5.1.3. ГЛАЗКОВАЯ ДИАГРАММА

Для оценки качества передачи путем измерений глазковая диаграмма, напротив, имеет самое большое значение (см. разд. 4.1.3). Происхождение этого названия еще раз поясняет рис. 5.2, где в случае отсутствия искажений (рис. 5.2а) видны два расположенных друг над другом ромбовидных раскрытия — «раскрытия глазка». Рисунок получается путем наложения сигналов в течение одного отсчетного интервала при очень многих различных.

комбинациях данных (см. также рис. 4.6). На рис. 5.2 показано (такого рода наложение для парциально кодированного сигнала, искаженный и неискаженный импульсы которого изображены на рис. 5.1. В случае отсутствия искажений на диаграмме обнаруживаются три отсчетных значения, характерных для двоичной передачи с помощью парциально кодированных импульсов (см. разд.

4.1.1.5). Под влиянием искажений (рис. 5.26) вместо этих дискретных уровней получаются области, в которые может попадать сигнал в момент отсчета; имеющийся глазок по мере увеличения искажений закрывается. Как будет показано в разд. 5.1.4, горизонтальное раскрытие «глазка» служит при этом показателем краевых или телеграфных искажений и характеризует чувствительность передачи к отклонениям от оптимальных моментов отсчета Вертикальное раскрытие «глазка» отражает степень чувствительности к помехам.

Рис. 5.2. Глазковая диаграмма для трехпозиционного принимаемого сигнала при использовании парциально кодированных импульсов класса 4 после передачи с одной боковой полосой (несущая частота скорость передачи передача при соединеиии приемника и передатчика накоротко; б) передача по одному участку ВЧ тракта; в) передача по двум участкам ВЧ тракта

При расчете раскрытия «глазка» с целью оценки качества передачи необходимо иметь в виду, что могут быть такие редко встречающиеся комбинации данных, для которых раскрытие «глазка» хотя и очень мало, однако качество передачи ввиду их редкости ухудшается не слишком сильно. Если мы, тем не менее, захотим учесть частоту их появления, такой расчет оказывается непростым. Кроме того, расчет полной глазковой диаграммы, которая позволяла бы также судить о чувствительности к сдвигам

моментов отсчета, т. е. об общем изменении во времени аналогового сигнала за много интервалов отсчета, требует затрат, которые исключают ее применение в качестве простого критерия качества передачи при расчетном анализе. При измерениях, напротив, аналоговый сигнал легко отобразить на осциллографе и редкие неблагоприятные комбинации данных сами собой учитываются в соответствии с частотой их появления благодаря конечной длительности послесвечения обычных электронно-лучевых трубок осциллографов (см. рис. 5.2).

5.1.4. КРАЕВЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

Уже при обсуждении глазковой диаграммы в разд. 4.1 упоминалось о временных отклонениях принятого сигнала данных от посланного сигнала. При синхрониой передаче импульсами, которые не удовлетворяют второму условию Найквиста, и многопозиционной передаче эти обусловленные системой отклонения после восстановления тактов могут быть устранены, за исключением остающегося при этом «дрожания» тактов (тактового джиттера) (см. разд. 4.4.1). Напротив, в системах с варьируемой скоростью передачи, у которых сигналы данных могут передаваться посылками любой длительности, вплоть до некоторого минимального ее значения определяемого максимальной скоростью передачи, существенную роль играют краевые искажения различного рода, в зависимости от типа системы (см. том 2, разд. 11.3.1.1). Поэтому здесь о них будем говорить лишь по мере необходимости. Свойства, обусловленные конкретными типами систем, обсуждаются в разд. 7, том 2.