5. ИЗМЕРЕНИЯ В ТЕХНИКЕ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

5.1. ВВЕДЕНИЕ

К сетям связи обычно предъявляются высокие требования в отношении надежности их оборудования и качества передачи. Для обеспечения безотказной работы оборудование нуждается в регулярном контроле ,и техническом обслуживании. Уже то этой причине измерения и контроль играют важную роль в технике связи. Кроме того, соответствующая измерительная аппаратура, подчас довольно сложная и испециальная, необходима при разработке, производстве и вводе в эксплуатацию различных устройств и систем связи [5.1, 6.2].

Пользователи тех или иных систем передачи информации в первую очередь ожидают от них высокого качества передачи. В сетях связи, по которым передаются дискретные сообщения, показателем этого качества является коэффициент ошибок, выражающий относительную частоту появления ошибочно принятых элементов сообщения. Он зависит от характеристик канала связи, применяемого метода передачи и действующих на сигналы помех, т. е. имеет различные значения в разных каналах и системах связи (см. том 1, разд. б).

Для безошибочного восстановления сообщений, представленных в дискретной форме, особое значение имеет характеристика приемного устройства, которую можно назвать его исправляющей способностью, или областью допустимых искажений сигнала. Она определяется тем максимальным интервалом времени, в пределах которого смещение отсчета сигнала еще не препятствует надежному распознаванию соответствующей значащей позиции на приеме. Дело в том, что при передаче сигнала его значащие моменты под влиянием искажений и помех в канале связи смещаются. Если это смещение выходит за пределы упомянутого интервала, на приеме значащая позиция сигнала и соответствующий символ

уже не могут считываться верно и при декодировании появляется ошибочный знак (рис. 5.1). Исправляющая способность выражается, таким образом, максимально допустимым краевым искажением, которое еще может быть исправлено в приемнике, т. е. она характеризует границу между правильным и ошибочным приемами. Переход через границу не является непрерывным, а происходит скачком. При измерении коэффициента ошибок необходимо, чтобы краевые искажения превысили поправляющую способность исследуемого приемника. Для оценки помехоустойчивости системы определяют качество передачи и ниже границы между правильным и ошибочным приемами.

Рис. 5.1. Ошибка в изохронном двоичном сигнале, обусловленная помехами при передаче: а) неискаженный сигнал с отсчетным растром; б) сильно искаженный помехами сигнал с тем же отсчетным растром; в) ошибка появившаяся при считывании искаженного сигнала

Рис. 5.2. Преобладание: а) временная диаграмма демодулированного сигнала после передачи по каналу с ограниченной полосой частот: неправильный и правильный уровни отсчета; б) временная диаграмма восстановленного двоичного сигнала с преобладанием, обусловленным ошибочным положением уровня отсчета (для Сравнения пунктиром показан неискаженный сигнал)

С целью такой оценки измеряются краевые искажения, однако в качестве меры качества они используются только применительно к асинхронным системам связи.

В соответствии с различными формами проявления краевых искажений их подразделяют на несколько видов. Наиболее важными из них в практическом отношении являются преобладания, случайные искажения и характеристические искажения.

Преобладание возникает, например, из-за неправильного выбора порогового уровня при отсчете (рис. 5.2). При таком искажении последовательности элементов все значащие интервалы, соответствующие одной значащей позиции (см. разд. 5.3.1),

удлиняются, а другой — соответственно укорачиваются. Наиболее отчетливо этот вид искажений проявляется при наличии последовательности чередующихся элементов одинаковой длины, например или

При случайном искажении отклонение значащего момента от его идеального положения носит нерегулярный характер и обусловлено случайными факторами. Эти отклонения могут иметь, например, гауссовское распределение. Причинами их возникновения являются различные случайные помехи и шумы.

Характеристические искажения, напротив, носят систематический характер. Они вызываются переходными процессами, которые происходят в канале связи при модуляции и зависят от его характеристик (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Диаграммы, поясняющие на примерах причины характеристических искажений (для наглядности переходные процессы показаны с преувеличением; 5 — уровень отсчета): а) наложение переходного процесса 1 (относительно значения и неискаженного изменения сигнала 2, дающее искаженное изменение сигнала 3 (сдвиг момента пересечения уровня отсчета из точки в точку неполное установление заданного значения при слишком коротком (для имеющейся полосы частот канала) элементе сигнала; интервал между отсчетами искаженного сигнала 4 по сравнению с неискаженным сигналом 5 сокращается

Часто канал связи состоит из нескольких последовательно включенных участков. Показателями качества передачи, характеризующими отдельные участки, являются соответствующие краевые искажения. По ним можно рассчитать результирующее искажение всего канала или тракта. Порядок такого расчета указан в Рекомендациях [5.3, 5.4]. В качестве примера приведем здесь приближенную формулу для расчета общей степени искажений канала связи, состоящего из последовательно включенных участков:

где степень характеристического искажения; степень преобладания и степень случайного искажения участка канала.

Рассмотренные выше причины и формы проявления искажений, а также упомянутое сложение искажений, наблюдающихся на отдельных участках тракта передачи, имеют место при передаче двоичных сигналов с варьируемой скоростью по каналам с ограниченной полосой пропускания. Некоторые особенности возникают при использовании аппаратуры временного разделения «прозрачных» каналов (см. разд. 1.4.2.3). В этом случае момент изменения значащей позиции передаваемого сигнала квантуется в соответствии с некоторой системой отсчетных точек (отсчетным растром) и передается в закодированной форме. Максимальное искажение на каждом участке канала при этом определяется погрешностью отсчетного растра, отнесенной к длительности единичного элемента (единичному интервалу). Суммирование искажений при последовательном соединении нескольких таких участков рассмотрено в [5.5].

В сетях передачи данных для контроля качества передачи в первую очередь измеряются краевые искажения. Для измерения краевых искажений и их предельных значений в абонентских линиях целесообразно использовать автоматические измерительные устройства, установленные в коммутационных узлах. С помощью аналогичных устройств могут регулярно контролироваться и соединительные линии. В случае электронного коммутационного оборудования, управляемого с помощью ЭВМ, имеется дополнительная возможность для контроля качества передачи путем расчета краевых искажений по специальной программе. В какой мере будет использована эта возможность, а в какой мере будет применяться также специальное измерительное оборудование — покажет будущее.

Коэффициент ошибок и краевые искажения могут быть измерены только в тех местах канала, где передаваемые сигналы представлены в двоичной форме. В остальных местах условия передачи, как правило, можно проверять и контролировать путем измерения уровня сигнала, остаточного затухания, неравномерностей затухания и ГВЗ канала связи, а также имеющихся помех, занижений уровня и перерывов, сдвигов частоты и фазового дрожания.