5.2. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ СВЯЗИ НА ПЕРЕДАЧУ ДАННЫХ

На основе некоторых рассмотренных в разд. 5.1 критериев оценки качества систем передачи данных ниже обсуждается влияние характеристик каналов связи. При этом особое внимание уделяется неравномерности затухания. Затем рассматривается влияние неравномерности ГВЗ и описываются такие важнейшие последствия влияния канала связи на принимаемый сигнал данных, как сдвиги частоты, фазовое дрожание и помехи.

5.2.1. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ЗАТУХАНИЯ И ГВЗ

Прежде всего на примере идеально ограниченного по спектру импульса (вида см. разд. 4.1.4) рассмотрим влияние линейного роста затухания на некоторые из указанных в разд. 5.1

показателей качества передачи данных — на раскрытие «глазка», среднеквадратическую погрешность и вероятность ошибки.

Спектр сигнала на приеме при указанном условии имеет вид

где величина а Представляет собой показатель роста затухания с повышением частоты. С помощью преобразования Фурье получается соответствующая функция времени

На рис. 5.3. показано изменение формы импульсов для значений показателя роста затухания в пределах от 0 (идеальный случай) до С увеличением показателя импульс становится шире и его нули смещаются.

Рис. 5.3. Импульс вида с нормированной амплитудой при линейном росте затухания в полосе Найквиста показатель роста затухания

Влияние изменения формы импульса на раскрытие «глазка» при двухпозиционной передаче показано на рис. 5.4. Раскрытие «глазка» определяется при этом по найденному из графика максимальному отклонению от требуемого значения отсчета согласно соотношению

Если максимальное отклонение от требуемого значения отсчета превышает 1 (при показателе роста затухания примерно 14

дБ), «глазок» закрыт и ошибки появляются даже без дополнительных помех.

График среднеквадратической погрешности как функции показателя роста затухания о для выбранного примера показан на рис. 5.5.

Влияние показателя роста затухания на вероятность ошибочного приема посылки показано на рис. 5.6. На нем приведен график вероятности ошибки в зависимости от отношения сигнал/шум для показателя роста затухания при двухпозиционной и четырехпозиционной передачах в условиях действия помехи типа белого шума. Из графика хорошо видно, что показатель роста затухания который еще не слишком сильно ухудшает качество передачи двухпозиционными сигналами, становится практически недопустимым при передаче четырехпозиционными сигналами, т. е. с двойной скоростью.

Рис. 5.4. Максимальное отклонение отсчета импульса вида от требуемого значения при линейном росте затухания в полосе Найквиста

Изменение формы принятого сигнала зависит не только от точного вида частотной характеристики затухания и ГВЗ, но еще более существенно — от выбранного метода передачи. Общие выводы о характере изменения формы импульса можно сделать только в случае линейных методов передачи, да и то только для некоторых простых искажений,

- например линейных или параболических характеристик затухания и ГВЗ [5.2]. Такого рода «модели искажений» хотя и позволяют провести сравнение различных методов передачи, как это делается в [5.3, 5.4], однако не отражают реальных изменений формы импульсов в практических каналах связи. Удобный расчет искажений таких линейных системах

Рис. 5.5. Среднеквадратическая погрешность импульсов вида при линейном росте затухания в полосе Найквиста

передачи осуществим на основе преобразования полосового канала, который используется при передаче модулированных сигналов, в соответствующий эквивалентный канал, представляющий собой фильтр нижних частот [6.5] (см. разд. 4.3.1).

Рис. 5.6. Вероятность ошибочного приема посылки при передаче данных двух- и четырехпозиционными импульсами вида и линейном росте затухания в полосе Найквиста.

Для волнообразной синусоидальной формы характеристик затухания и ГВЗ теория тарного эха [5.6] утверждает, что при одинаковой неравномерности характеристик изменение формы импульса тем меньше, чем больше волн имеется в полосе передачи. Например, при коррекции ГВЗ основных фильтров первичных групп каналов, которая осуществляется с учетом допустимой неравномерности ГВЗ, указанной в разд. 3.2.3.1 (см. рис. 3.25), появляется от восьми до десяти волн. При таком большом числе волн в полосе передачи посланный импульс передается в некоторых пределах неискаженным; на более значительном удалении от главного импульса появляется небольшой эхо-сигнал, однако создаваемые им помехи, как правило, незначительны. Таким способом можно оценить также влияние характеристик неравномерности затухания и ГВЗ в форме функций Чебьгшева. Подобные характеристики могут быть свойственны именно скорректированным каналам, например названным выше первичным группам каналов. Исследование влияния характеристик специальных видов

реальных каналов связи требует моделирования всей системы связи на ЭВМ.

Если необходимо установить, как влияют характеристики канала связи на качество передачи при нелинейных методах модуляции (ФМ и ЧМ), то в этом случае из-за отсутствия простых аналитических методов исследования моделирование системы передачи оказывается особенно необходимым. Для определения относительной чувствительности методов передачи обычно используются простые модели искажений. Моделирование нелинейных систем передачи на ЭВМ, кроме того, играет важную роль при оптимизации практических устройств передачи [5.7, 5.8], особенно при нелинейных методах модуляции.

В целом оказывается, что неравномерность затухания, свойственная реальным» каналам связи, как правило, в значительно меньшей степени, чем неравномерность ГВЗ, ухудшает качество передачи данных. Это является следствием того факта, что используемые в настоящее время каналы первоначально предназначались для передачи речи, при которой групповое время замедления имеет второстепенное значение, поэтому его частотная характеристика

Рис. 5.7. Раскрытие «глазка» при различных методах передачи и линейной неравномерности ГВЗ, отнесенной к длительности посылки Т: AM - амплитудная модуляция следующих видов: с с передачей двух боковых полос и демодуляцией путем выделения огибающей; с с передачей двух боковых полос и с когерентной демодуляцией; с ЧПБП - с частично подавленной боковой полосой; квадратурная амплитудная модуляция; ЧМ - частотная модуляция; 2-ФРМ — двухпозиционная фазоразностная модуляция; 8-ФРМ — восьмипозиционная фазоразностная модуляция

отклоняется от идеальной гораздо больше, чем характеристика затухания.

Детальное обсуждение влияния линейных искажений при различных методах передачи можно найти в [5.2i-6.4]. Их сравнение проведено на рис. 5.7 и 5.8, заимствованных из [5.3]. Проблематика такого сравнения обнаруживается уже в том, что, например, при квадратической характеристике ГВЗ частотная модуляция менее чувствительна, чем амплитудная, а при линейной характеристике, наоборот, преимущество имеет амплитудная модуляция (это видно из сравнения рис. 5.7 и 5.8). Так как определенный метод передачи может быть чувствительным к линейным искажениям, но нечувствительным к влиянию других характеристик канала связи и наоборот, то на основе только лишь линейных искажений нельзя сделать правильных выводов о пригодности того или иного метода передачи по сравнению с другими.

Рис. 5-8. Раскрытие «глазка» при различных методах передачи и квадратической неравномерности ГВЗ, отнесенной к длительности посылки Обозначения кривых те же, что на рис. 5.7.

Для некоторых специальных приложений, однако, такое сравнение двух методов передачи со сходными в остальном показателями может иметь решающее значение. Полезной основой для этого могут тогда служить исследования, проведенные в [5.2, 5.3].

Влияние линейных искажений — амплитудных, фазовых, а также эхо-ситналов, — о котором до этого особо не упоминалось, может быть в значительной мере скомпенсировано, в первую очередь, с помощью адаптивной коррекции (см. разд. 5.3).

Хотя эхо, вообще говоря, может интерпретироваться как амплитудное и фановое искажение, в основном оно оказывает на принимаемый сигнал данных такое влияние, которое зависит от амплитуды эхо-сигналов, их времени запаздывания, а также от метода передачи и ведет к той или иной более «высокой чувствительности помехам. Однако, как уже было отмечено выше, влияние эхо-сигналов можно уменьшить с помощью адаптивной коррекции. При этом время запаздывания эхо-сигнала (см. разд. 3.2.2.5) имеет решающее значение для затрат. Например, при передаче с частично подавленной баковой полосой четырехпазиционными сигналами со скоростью 4800 бит/с [5.9], чтобы компенсировать эхо-сигнал с запаздыванием на 15 мс, корректор должен иметь 50 элементов задержки.

Влияние линейных искажений на краевые искажения принимаемого сигнала для телефонных сетей Почтового ведомства ФРГ рассматривается в томе 2, разд. 7.2, при описании соответствующих систем.