Чем отличаются многоканальные аддитивные системы передачи от комбинационных?

Нарисуйте обобщенную схему многоканальной системы передачи и поясните назначение ее элементов.

Запишите условие ортогональности сигналов в многоканальной системе передаче.

Нарисуйте структурную  схему системы с ЧРК.

Нарисуйте спектр колебаний в системе с ЧРК при амплитудной и однополосной модуляции.

Нарисуйте структурную схему системы с ВРК.

Какие виды модуляции применяются в системах с ВРК?

Нарисуйте структурную схему системы с ИКМ.

Поясните, какие операции выполняет АЦП и ЦАП.

Как обеспечивается синхронная работа приемно-передающей аппаратуры системы с ИКМ?

Чем отличаются системы передачи с ИКМ и с ДМ?

Поясните принцип построения асинхронной адресной системы передачи.

Почему адресные системы называются системами со свободным доступом?

Как формируется адрес в ААСС?

 

Глава 3.

СИСТЕМЫ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

 

3.1. ОСНОВЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

    Одно из ведущих мест среди систем связи принадлежит системам электропроводной связи. Принципиальным отличительным признаком систем проводной связи от других систем связи является наличие в их составе направляющей среды в виде проводных линий связи, вдоль которых происходит распространение электромагнитных волн.

    Это даёт возможность передавать информацию с высокой скоростью, достоверностью, надёжностью и скрытностью. Последнее преимущество особенно важно для проводных систем специальной связи, исключающей случайный перехват информации несанкционированными лицами.

    В настоящее время электрическая проводная связь является одним из основных средств в политической, информационной, экономической и культурной жизни страны.

Рассмотрим основные линии проводной связи.

В качестве проводных линий могут использоваться:

- воздушные;

- кабельные;

- волноводные (светодиодные) линии связи.

Следует отметить, что в настоящее время в реальных системах проводной связи наибольшее применение находят кабельные линии связи, состоящие из изолированных проводников, заключённых в общую влагозащитную оболочку и броневые покровы. Прокладываются подземные кабели на глубине (0,8 – 1,2) м. Все это создаёт благоприятные условия для обеспечения качественной связи при использовании кабельных линий связи. Воздушные линии связи, сыгравшие заметную роль на этапе становления систем проводной связи, имеют ряд существенных недостатков, к которым, в частности, необходимо отнести зависимость электрических характеристик и механической устойчивости от атмосферно-климатических условий и других внешних факторов. Эти недостатки не позволяют надеяться на то, что в будущем воздушные линии найдут сколько-нибудь серьезное применение.

    В системах проводной связи, предназначенных для передачи больших потоков информации, в перспективе предусматривается применение волноводных линий. Исследователями установлено, что по медному цилиндрическому волноводу диаметром 6 см на волне Н01 можно осуществить передачу одновременно до 100 телевизионных программ или свыше 100000 телефонных сообщений.

    Таким образом, если ориентироваться на использование кабельных линий связи, то можно отметить важные достоинства систем проводной связи:

1) хорошее качество связи, не зависящее практически от времени суток, года и внешних мешающих факторов;

2) высокая скрытность передачи информации.

В то же время системы проводной связи имеют и существенные недостатки, к основным из которых следует отнести их дороговизна.

В простейшем случае систему проводной связи, образованную между источником сообщения (ИС) и получателем сообщения (ПС), можно представить в виде, изображаемом на рис. 3.1.

 

Линия (цепь) связи

 

 

А1                                                                 А2

Рис. 3.1

 

Обычно сообщения, подлежащие передаче, имеют неэлектрическую природу. Преобразование сообщения в первичный электрический сигнал на передающей стороне осуществляется оконечной аппаратурой ОА1. На приёмной стороне оконечная аппаратура ОА2 осуществляет обратное преобразование первичного электрического сигнала в исходное сообщение.

Сообщения могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными.

В зависимости от вида сообщения (речь, музыка, буквенно-цифровой текст, подвижное или неподвижное изображение и т.д.) различают следующие системы проводной связи:

- системы передачи непрерывных сообщений;

- системы передачи дискретных сообщений.

   Различают следующие системы передачи непрерывных сообщений:

- телефонные;

-  факсимильные (фототелеграфные);

- телевизионные.

Системы передачи дискретных сообщений подразделяются:

- на телеграфные;

- на передачи данных.

В системе телефонной связи передаются непрерывные сообщения (речь, музыка). В качестве оконечной аппаратуры на передающей стороне используется микрофон, на приёмной – телефон (динамик).

Факсимильные системы связи предназначены для передачи неподвижных изображений – текстовых документов, схем, чертежей, карт, фотографий и т.п. (лат. Facsimile – делай подобное) по электрическим каналам связи.

Роль оконечной аппаратуры в факсимильной (фототелеграфной) системе связи выполняют передающий и приёмный факсимильные (фототелеграфные) аппараты.

В системе телевизионной связи в качестве сообщения служат как неподвижные, так и движущиеся изображения. Оконечными устройствами являются передающая и приёмная телевизионные трубки соответственно на передающей и приёмной стороне системы связи.

Первичный электрический сигнал в системе телефонной, факсимильной и телевизионной связи является непрерывным, т.е. он может быть аналитически описан непрерывной функцией непрерывного аргумента Х(t).

В системе телеграфной связи используются дискретные сообщения (буквенно-цифровой текст, знаки препинания). Преобразование сообщения в первичный электрический сигнал на передающей стороне и обратное преобразование на приемной осуществляется телеграфным аппаратом (телетайпом).

В системе передачи данных (СПД) сообщение – дискретно - буквенно-цифровой текст и другие условные знаки, в отличие от сообщения, используемого в телеграфной системе связи, представляется в формализованном (не имеющем непосредственно смыслового значения) виде. В качестве оконечной аппаратуры в СПД используется оконечное оборудование данных (ООД). Роль ООД могут выполнить телетайпы, электрифицированные пишущие машинки и др.

Первичный электрический сигнал в системе телеграфной связи и передачи данных может описываться дискретной функцией непрерывного аргумента  либо дискретной функцией дискретного аргумента . В существующих системах передачи дискретных сообщений, как правило, величина М=2, т.е. используются двоичные сигналы, величина n определяет значность кодовой комбинации.

Источник и получатель сообщения, снабженные оконечной аппаратурой, называются абонентами. На рис. 3.1 абоненты на передающей и приёмной стороне обозначены соответственно А1 и А2.

    Линия связи, непосредственно соединяющая двух абонентов, носит название «цепь связи».

    В зависимости от числа используемых проводников различают цепи связи:

- однопроводные;

- двухпроводные;

- четырех проводные.

В однопроводной цепи электрические токи замыкаются через один провод и землю. Такие цепи в сильной мере подвержены воздействию внешних электромагнитных полей и влиянию неоднородной почвы, что приводит к ухудшению качества передачи сигналов. Поэтому однопроводные цепи применяются только для телеграфной связи, причем на небольшие расстояния.

    Передача электрических сигналов в двухпроводной цепи осуществляется по двум проводникам («физической паре»), изолированным от земли.

    В четырех проводной цепи, образованной двумя парами изолированных от земли проводников, передача сигналов в одном направлении производится по одной паре, а в противоположном – по другой.

    Двух и четырех проводные цепи широко используются в системах проводной связи.

Связь между двумя абонентами может быть односторонней или двухсторонней. Суть односторонней (симплексной) связи заключается в том, что передача информации осуществляется только в одном направлении. При двухсторонней (дуплексной) связи передача информации осуществляется в двух направлениях одновременно.

Помимо симплексной и дуплексной связи может быть полудуплексная связь, при которой передача информации может осуществляться в двух направлениях, но одновременно только в одном.

Простейший вариант системы проводной связи (рис. 3.1) практически не используется, если не считать единичных случаев соединения между собой абонентов, находящихся на небольших расстояниях друг от друга.

Целесообразность рассмотрения этого варианта в данном случае обусловлена необходимостью введения ряда определений, полезных в дальнейшем при рассмотрении более сложных схем, представляющих реальные системы проводной связи.

3.2. ОБОЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

Передача электрических сигналов в соответствии со схемой, приведенной на рис.3.1, имеет ряд существенных недостатков, основ­ными из которых являются следующие:

1. Дальность связи имеет ограниченную величину. Если осу­ществляется передача сигналов в телефонной системе связи,тонепосредственная удаленность между двумя абонентами может достигать (1000 - 1100) км. В телеграфной системе связи непосред­ственная удаленность двух абонентов может быть (200-600) км.

2. Низкая эффективность использования линии связи. В систе­мах проводной связи линии представляет собой дорогостоящие сооружения. Достаточно сказать, что симметричный кабель, сос­тоящий из 16 проводников, каждый из которых имеет диаметр d=1,2 мм (например, кабель МКСБ 4х4х1,2), и обеспечивающий соединение абонентов на дальность 1000 км, требует затрат меди 374 т и свинца 1660 т. Если использовать 4 пары проводников коаксиального кабеля такой же длины, то потребуется 630 т меди и 1800 т свинца.

Названные факторы обусловили иной способ организации дальней связи, нежели это показано на рис.3.1.

Рассмотрим схему многоканальной проводной связи, с помощью которой можно пояснить способ передачи сообщений в реальном случае.                                        

Структурная схема системы многоканальной проводной связи представлена на рис. 3.2. Здесь приняты следующие обозначения:

ИС, ПС — соответственно источник и получатель сообщения;

    ОА — оконечная аппаратура;

    КА — коммутационная аппаратура;

    КОА — каналообразующая аппаратура;

    АЛ — абонентская линия;

    СЛ — соединительная линия.                     

Как известно, совокупность технических средств вместе с линией связи, обеспечивающие передачу сообщений, называются ка­наломсвязи.

Следует раз­личать проводной канал местной и дальней связи.

Рис. 3.2

 

 Канал местной связи включает в себя: оконечную и коммутационную аппаратуру, а также абонентские и соединительные линии. Абонентская линия соединяет оконечную и коммутационную аппаратуру, а соединитель­ная — коммутационную и каналообразующую.

Каналы местной связи предназначены для обмена информацией между абонентами, находящимися в пределах города, крупного на­селенного пункта или учреждения.

Канал дальней связи используется для обмена информацией между абонентами, территориально удаленными на большие рас­стояния (например, между различными городами, удаленными пунктами связи и т. п.), и включает в себя помимо канала местной связи также каналообразующую аппаратуру и линию дальней связи.

Линия дальней связи называется магистралью связи. На магистральном участке устанавливаются промежуточные усилительные пункты, которые могут быть обслуживаемыми (ОУП) и необслуживаемыми (НУП).

Необслуживаемые усилительные пункты обеспечиваются дистанционным питанием и контролем со стороны обслуживаемых усилительных пунктов.

Расстояние между двумя усилительными пунктами называются усилительными участками.

При проектировании и эксплуатации систем связи необходимо знать величины уровней сигнала в различных точках тракта передачи. Для измерения энергии сигнала при его передаче пользуются диаграммой уровней (рис.3.3).

На диаграмме уровней: точка 1 – вход; точка 2 – выход канала; точки 3 – выходы усилителей; точка 4 – входы усилителей.

 

 

           Ус пер                Ус 1                   Ус2               Ус пр

Вх                                                                                                                   

                                                                                                                       

Рис. 3.3

Минимально допустимый уровень в точке 4 определяется требуемым превышением Р_с над Р_п.

Таким образом защищённость оценивается формулой

 

,                                      (3.1)

 

 где Р_с и Р_п – мощность сигнала и помехи;

  U _с и U _п – соответствующие уровни.

Соотношение между уровнями на входе и выходе канала определяется его рабочим или остаточным затуханием. Оно находится как разность между суммой всех рабочих затуханий а_{р i} и суммой всех рабочих усилений S_ki в канале

 

.                                                (3.2)

 

Для обеспечения нормальной работы системы связи величины соответствующих уровней сигналов и помех нормируются и относятся к точке тракта передачи с нулевым измерительным уровнем.

Канал проводной связи вместе с источником и получателем сообщений составляют систему проводной связи. По аналогии с каналами местной и дальней связи следует различать проводные системы местной и дальней связи. Не исключая важности систем местной связи, в дальнейшем, тем не менее, основной упор будет сделан на рассмотрение систем дальней проводной связи. При этом, с целью сокращения названия, систему дальней проводной связи будем называть просто системой дальней связи. Определенный смысл в этом имеется и потому, что в соответствии со структурной схемой, представленной на рис. 3.2, можно пояснить не только сис­тему дальней проводной связи, но и систему дальней многоканальной радиосвязи. В последнем случае будут только свои особен­ности в выходных устройствах КОА и в специфике линии радио­связи.

Как следует из рис. 3.2, в систему дальней связи в общем случае входят: источник и получатель сообщения, оконечная аппаратура, абонентские и соединительные линии, коммутационная и каналообразующая аппаратура, а также линии связи.

Рассмотрим роль и назначение коммутационной и каналообразующей аппаратуры.

Коммутационная аппаратура и каналообразующая аппаратура в системе проводной связи имеют общее назначение - повысить эффективность использования дорогостоящих линий связи, однако, выполняется это по-разному.

Роль коммутационной аппаратуры можно пояснить, следующим образом. Пусть имеются шесть абонентов, между которыми необходимо организовать связь таким образом, чтобы каждый абонент имел возможность соединения с любым другим.

Эту задачу можно просто решить, если соединить линиями связи «каждогоабонента с каждым» так, как это показано на рис.3.4,а.

                       а)                                                          б)

Рис. 3.4

Такой способ соединения абонентов, в принципе, является разумным, поскольку обеспечивается достаточная надежность соединения, но реализация его дорогая.

Простой подсчет показывает, что для соединения шести абонентов друг с другом требуется 15 двухпроводных цепей связи. Общая формула для подсчета количества цепей связи N_ц, необходимых в соединении «каждого абонента с каждым» имеет вид

,                              (3.3)          

где n— число абонентов.                                      

В то же время обеспечить связь между абонентами можно другим способом, а именно так, как это показано на рис.3.4,б. Абоненты с пoмoщью шести абонентских линий соединяются с коммутационной аппаратурой (ручного или автоматического типа).

Заявка на соединения oт вызывающего абонента, например А1, поступает на КА, здесь с помощью приборов коммутации может быть осуществлено соединение абонента А1 с любым из пяти других. В частности, соединение абонентов А1 н А4 происходит по цепи: А1-АЛ1- коммутационные приборы КА—АЛ4—А4.

Таким образом, использование коммутационной аппаратуры для соединения 6 абонентов приводит к тому, что вместо 15 линий требуется 6. Разница становится более заметной, если увеличить число обслуживаемых абонентов. Так если n = 100, то при использовании КА требуется 100 абонентских линий, в то же время, если осуществить, связь по принципу "каждый с каждым", потребуется 4950 цепей связи. По мере дальнейшего увеличения числа абонентов целесообразность использования коммутационной аппаратуры станет еще более очевидной.

Столь заметный выигрыш в количестве цепей связи при применении коммутационной аппаратуры объясняется тем, что каждая цепь используется не однократно, а многократно. Например, абонентская линия АЛ1 соединяющая абонента А1 и КА, используется при обмене информацией как с абонентом A2, так и с А3 и любым другим из n возможных абонентов. Точно также любая другая i-я абонентская линия используется многократно, т. е. всякий раз, как только необходимо осуществить соединение любого абонента с абонентомАi.

В противоположность такому многократному использованию цепей связи в схеме, представленной на рис. 3.2, принято однократное их использование, каждая цепь связи предназначена для соединения только одной пары абонентов.

Таким образом, на основании изложенного можно дать следующее определение коммутационной аппаратуры.

Коммутационной называется аппаратура, осуществляющая соединение абонентов между собой с помощью минимального количества цепей связи, достигаемого на основе многократного их использования.

Каналообразующая аппаратура также предназначена для соединения между собой абонентов с помощью минимального количества цепей (каналов) связи, однако достигаемого на основе одновременной (параллельной) передачи по одной цепи (каналу) связи сигналов от совокупности независимых абонентов. Условия для одновременной передачи сигналов имеются, ибо объем (емкость) существующих цепей (каналов) связи, как правило, значительно больше объема первичных электрических сигналов.

Процесс одновременной (параллельной) передачи по одной цепи (каналу) связи сигналов от ряда независимых абонентов называется уплотнением цепи (канала) связи. Аппаратура, выполняющая эту функцию, называется аппаратурой уплотнения (АУ) или каналообразующей аппаратурой (КОА).

Следует обратить внимание на тот факт, что до недавнего времени доказывалась целесообразность применения каналообразующей аппаратуры для осуществления связи на линиях междугородной связи, когда стоимость линейных сооружений выше стоимости КОА. Однако, в настоящее время, с развитием радиоэлектроники и снижением стоимости элементов радиоаппаратуры, целесообразно использовать каналообразующую аппаратуру и в пределах городской сети (особенно в крупных городах), когда удаленность абонентов может быть значительной.

В зарубежной литературе вместо термина уплотнение используется термин мультиплексирование. Мультиплексирование означает параллельное выполнение одним комплектом оборудования нескольких различных, но похожих операций. Этот термин широко применяется в электронно-вычислительной технике. Применительно к электросвязи мультиплексирование означает использование одной цепи (канала) связи для одновременного ведения нескольких передач, поэтому КОА называют мультиплексором.

С помощью рис. 3.2 можно определить основные элементы системы дальней связи, основанной на использовании так называемых коммутируемых каналов. Коммутируемым называется канал связи, обеспечивающий временное (на сеанс передачи) соединение абонентов.

В ряде случаев обмен информацией между удаленными абонентами может осуществляться по некоммутируемым каналам связи.

Некоммутируемым (прямым) называется канал связи, обеспечивающий постоянное соединение абонентов. В таком канале коммутационная аппаратура отсутствует.

Некоммутируемые каналы связи на некоторый срок закрепляются (арендуются) за определенными абонентами, имеющими приоритет по отношению к остальным, и используются для постоянного их соединения.

 

3.3. СТУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ

После проведенного анализа общей структурной схемы системы

дальней многоканальной связи рассмотрим структурную схему системы телефонной связи (рис. 3.5).

 

Рис. 3.5

Система телефонной связи предназначена для обмена между абонентами речевыми сообщениями, поэтому в качестве оконечной аппаратуры используются телефонные аппараты (ТЛФ). Возможно также использование на передающей стороне микрофонов, на приемной — динамиков, как это имеет место в системах командно-диспетчерской громкоговорящей связи.

В качестве коммутационной аппаратуры используются автоматические телефонные станции (АТС), ручные телефонные станции (РТС), а также междугородная телефонная станция (МТС). И, наконец, в качестве каналообразующей аппаратуры используются высокочастотные (ВЧ) системы передачи.

Под термином «ВЧ система передачи» понимается комплекс средств проводной или радиорелейной связи, включающий в себя станционное оборудование и линейные сооружения и обеспечивающий образование типовых каналов и трактов для передачи сигналов различных видов информации (телефонной, телеграфной, передачи данных, вещания, телевидения и др.) на определенные расстояния.

Основным (типовым) каналом ВЧ систем являются каналы тональной частоты (каналы ТЧ) с полосой пропускания 0,3—3,4 кГц. Эти каналы могут использоваться для передачи любых аналоговых и дискретных сигналов.

Число каналов ВЧ системы передачи определяется числом каналов ТЧ, организующихся на одной линии (цепи) связи. С помощью ВЧ систем передачи осуществляется так называемое первичное уплотнение.

Под первичным уплотнением будем понимать процесс одновременной (параллельной) передачи по одной линии (цепи) связи сигналов от ряда независимых абонентов (поэтому применительно к системам проводной связиВЧ систему передачи называют иногда аппаратурой первичного уплотнения).

Условия для первичного уплотнения имеются, поскольку ширина спектра передаваемых сигналов существенно меньше полосы пропускания линий связи.

ВЧ системы передачи позволяют организовать помимо типовых (стандартных) каналов тональной частоты в спектре частот 0,3—3,4 кГц также и широкополосные каналы (типовые тракты) на базе:

а) предгрупповых трактов в спектре частот 12—24 кГц;

б) трактов первичных групп в спектре частот  60—108 кГц;

в) трактов вторичных групп в спектре частот 312—582 кГц;

г) трактов третичных групп в спектре частот 812—2044 кГц.

Кроме того, могут быть образованы каналы:

— звукового вещания с использованием спектров сдвоенных или строенных каналов ТЧ, т. е. путем объединения двух или трех каналов ТЧ в один канал;

— телевидения в спектре частот шириной 6 МГц (в системах уплотнения коаксиального кабеля).                      

По широкополосным каналам, организованным на базе соответствующих трактов, осуществляется фототелеграфная передача газет и данных с высокой скоростью передачи информации.

ВЧ система передачи совместно с линией связи образует магистраль связи.

 Рассмотрим с помощью рис. 3.6 подробнее состав ВЧ системы передачи и в целом магистрали связи.

В состав магистрали связи входят оконечные пункты, размещаемые в конечных пунктах А и Б системы связи, и промежуточные усилительные пункты. Промежуточные пункты устанавливаются через определенное расстояние между оконечными пунктами, количество их определяется длиной магистрали связи.

В оконечных пунктах магистрали связи устанавливаются оконечные станции ВЧ системы передачи, в промежуточных усилительных пунктах — соответственно промежуточные усилительные станции (ПС₁), ... ПC_n).

Оконечные станции представляют собой станционное оборудование ВЧ систем передачи, а промежуточные усилительные пункты совместно с линией связи — линейные сооружения. Таким образом, магистраль связи есть совокупность станционного оборудования и линейных сооружений.

 

Рис.3.6

Новые ВЧ системы передачи, разрабатываемые в России и за рубежом, в отличие от разрабатываемых ранее, состоят из двух частей:

— оконечного преобразовательного оборудования (ОПО);

—  оборудования линейного тракта (ОЛТ).

В cocтав оконечного преобразовательного оборудования входят:

-- унифицированное преобразовательное оборудование (УПО), единое для всех без исключения ВЧ систем передач, обеспечивающее получение типовых каналов и трактов со стандартными спектрами частот и электрическими характеристиками;

— аппаратура сопряжения (АС), обеспечивающая сопряжение по спектру частот УПО с линией связи.

Оборудование линейного тракта (ОЛТ) включает в свой состав:

— оконечное оборудование линейного тракта (ООЛТ);

— оборудование промежуточных станций (ОПС).

Унифицированное преобразовательное оборудование (УПО), разработанное вначале для уплотнения кабельных линий связи, используется в настоящее время в равной мере и для уплотнения радиорелейных линий связи.

Схема организации радиорелейной линии связи совместно с УПО представлена на рис.3.7.

Рис.3.7

Оконечная станция радиорелейной ВЧ системы передачи включает в себя: УПО, аналогичное кабельной ВЧ системы передачи, АС, осуществляющую сопряжение УПО с ООЛТ по электрическим параметрам.

Линейный тракт радиорелейных линий связи — «ствол» также образуется оконечными и промежуточными станциями. В отличие от ООЛТ кабельных ВЧ систем передачи, в ООЛТ радиорелейных линий осуществляется преобразование спектра частот, поступающего от ОПО, в спектр радиочастот.

Таким образом, важнейшим элементом канала дальней телефонной связи является ВЧ система передачи и магистраль связи в целом.

Рассмотрим подробнее принципы образования телефонных каналов местной связи. Канал местной телефонной связи включает в свой состав (рис. 3.8) районные автоматические телефонные станции (РАТС), соединенные между собой по принципу «каждый с каждым» соединительными линиями (СЛ).

 

              Рис.3.8                                                Рис.3.9

Районные АТС имеют выход на междугородную телефонную станцию (МТС) и далее к ВЧ системе передачи.

Экономически оправданными считаются РАТС емкостью, определяемой количеством обслуживаемых абонентов 6000—10000. Общее количествоРАТС определяется емкостью городской станции.

Соединение абонентов с РАТС может происходить по шкафной или бесшкафной системе. На городских телефонных сетях применяется шкафная система соединения абонентов с РАТС (рис.3.9).

Абоненты с помощью линий, называемых абонентской проводкой, соединяются с распределительной коробкой (РК). Распределительные коробки, как правило, имеют 10 однопарных цепей (емкость 10х2).

Линии связи, прокладываемые от РК, объединяются в кабели крупной емкости (до 100х2) и включаются на распределительные шкафы (РШ). Соединение РК и РШ осуществляется распределительными линиями. Кабели от РШ емкостью 100х2 и более включаются в районные автоматические станции. Соединение РШ с районной АТС производится с помощью магистральных кабелей связи. Совокупность магистральных кабелей и распределительных линий, а также абонентской проводки составляют в целом абонентскую линию.

Распределительные коробки устанавливаются в домах. Распределительные шкафы обслуживают несколько зданий или кварталов.

Рассмотрим необходимость РК и РШ. Если возникнет потребность в установке телефонных аппаратов сверх запроектированного числа, то нужно будет прокладывать абонентские линии от телефонной станции к месту нахождения абонента. Это ведет к весьма большим экономическим затратам по переустройству линейных сооружений. Для того, чтобы не допустить такого удорожания, применяют промежуточные распределители: РК, РШ. В здание кабель вводят с некоторым эксплуатационным запасом, позволяющим обеспечить последующее включение новых абонентов. Эти кабельные пары оканчиваются распределительными коробками. Эксплуатационный запас в РК доходит до 25% от ее емкости. Если исчерпан запас РК, то имеется запас в РШ, он составляет небольшую величину - (4-5)% от числа абонентов на PШ. На рис. 3.9 представлена шкафная система соединения абонентов с РАТС с использованием двухступенчатого распределения.

На практике применяют и шкафную систему с трехступенчатым кабельным распределением. В этом случае часть РШ предварительно, до включения в РАТС, объединяются в одну группу при помощи кабельного распределителя, именуемого распределительным киоском (РК). Распределительный киоск обычно располагается вблизи предполагаемого строительства новой РАТС таким образом, чтобы распределительные шкафы, обслуживаемые РК, можно было легко переключить в эту новую РАТС.

В крупных городах, при необходимости обслуживания АТС 100000 абонентов и более, используют помимо РАТС также узловые АТС (УзАТС). Узловые АТС соединены между собой по принципу «каждый с каждым». Через УзАТС осуществляется выход РАТС к другим РАТС и на междугородную телефонную станцию (МТС).

 

3.4. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ТЕЛЕГРАФНОЙ СВЯЗИ

Телеграфия — это вид электрической связи, позволяющий передавать смысловое буквенно-цифровое сообщение с обязательной записью его в пункте приема. Основным преимуществом, обусловливающим широкое развитие телеграфной связи, является ее документальность. Потребителю телеграфной информации вручается сообщение в виде документа, что имеет большое значение в области деловой связи и в сфере управления.

История развития этого старейшего вида электрической связи насчитывает почти полтора столетия. В настоящее время сеть телеграфной связи охватывает большинство населенных пунктов страны, построена она с использованием современной аппаратуры и средств автоматизации.

Структурная схема системы дальней телеграфной (ТГ) связи представлена на рис. 3.10. Обмен телеграфными сообщениями между абонентами, удаленными на небольшие расстояния, может обеспечиваться с помощью телеграфных каналов местной связи, в состав которых входят телеграфные аппараты (Т) и телеграфная коммутационная аппаратура или станция (ТКА). Телеграфные аппараты осуществляют преобразование буквенно-цифрового сообщения в первичный электрический сигнал на передающей стороне и обратное преобразование - на приемной.

Коммутационная аппаратура обеспечивает соединение абонентов на время, необходимое для передачи информации, после чего соединение разрушается. Принципы построения телеграфных коммутационных и телефонных станций в существенной мере совпадают.

 

Рис.3.10

 

Соединение абонентов, удаленных на значительные расстояния (междугородная связь), выполняется на основе использования каналов дальней телеграфной связи. Следует обратить внимание на тот факт, что каналы дальней телеграфной связи по своей структуре не являются автономными, они базируются на ВЧ системах передачи и магистралях связи в целом. Для передачи телеграфных сообщений из множества каналов ТЧ, образованных ВЧ системой передачи, выделяется часть каналов. Учитывая, что объем канала ТЧ значительно больше объема одного телеграфного сигнала, имеется возможность организации многоканальной телеграфной связи.

Процесс одновременной (параллельной) передачи по одному каналу ТЧ сигналов от ряда независимых абонентов называется вторичным уплотнением, а аппаратура, выполняющая эту функцию, - аппаратурой вторичного уплотнения (АВУ).

На рис. 3.10 показан коммутируемый канал дальней телеграфной связи. Возможно построение и некоммутируемых каналов, в последнем случае телеграфные сигналы от различных абонентов заводятся непосредственно на АВУ (минуя ТКА).

 

3.5. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

 

Передача данных, как один из видов электросвязи, имеет сравнительно небольшую историю. Первые попытки передачи данных на расстояние электрическим путем относятся к началу пятидесятых годов прошлого столетия. Однако, передача данных, как по уровню своего технического развития, так и по объему передаваемой информации, в настоящее время может быть выделена в отдельный, самостоятельный вид связи, наряду с такими общеизвестными способами передачи информации, как телефония и телеграфии.

МККТТ следующим образом определяет термин передача данных: «передача данных — это область электросвязи, целью которой является передача информации для обработки ее вычислительными машинами или уже обработанной ими». Следовательно, возникновение и развитие передачи данных обусловлено появлением ЭВМ и их использованием во всех сферах жизни человеческого общества.

Язык, на котором осуществляется обмен информацией в СПД, представляет собой последовательность дискретных (обычно двоичных) сигналов. Двоичные сигналы используются и в телеграфии. Однако передача двоичной информации в СПД и телеграфии существенно отличается по основным показателям системы связи: скорости передачи информации, достоверности (верности) и надежности. Если в телеграфии скорость передачи информации (с учетом возможности оператора и телеграфных аппаратов в целом) не превышает несколько десятков бит в секунду, то между ЭВМ она может достигать величины, составляющей несколько миллионов бит в секунду.

При передаче данных, как правило, требуется более высокая достоверность принятой информации, чем в телеграфии. Коэффициент ошибок по знакам, определяется в виде

 

,                               (3.4)

 

где n — общее количество переданных знаков (букв, цифр);

n_ош — количество знаков, принятых ошибочно.

Если в телеграфии он определяется величиной р =3^.10^-3, то в              СПД - р=10^-6 - 10^-10.

Это различие объясняется тем, что в телеграфии передаются в основном смысловые сообщения, которые обладают большой естественной избыточностью, позволяющей получателю исправлять "по смыслу" значительную долю ошибок. Избыточность языка составляет (60—70%), что значительно облегчает требования к достоверности телеграфной передачи.

Цифровая информация в СПД не обладает естественной избыточностью, позволяющей исправлять ошибки. Даже сравнительно редкие ошибки могут совершенно исказить содержание информации, вводимой в ЭВМ, и, следовательно, результаты ее работы. Поэтому в системах передачи данных применяют специальные меры повышения достоверности на основе кодирования двоичных символов.

И, наконец, учитывая исключительную важность автоматизированных комплексов, построенных на базе использования ЭВМ, к ним предъявляются повышенные требования по надежности.

Структурная схема системы передачи данных, осуществляющей передачу информации для обработки ее ЭВМ, изображена на рис. 3.11.

 

 

Рис.3.11

 

Здесь новыми, по сравнению с рассмотренными ранее, являются следующие элементы:

ИД — источник данных;

ПД (ЭВМ) — получатель данных;

ООД — оконечное оборудование данных;

УЗО - устройство защиты от ошибок;

УПС - устройство преобразования сигналов.

    Сообщение (данные), представляющее собой набор букв, цифр и условных знаков, поступающих от ИД в формализованном виде, преобразуется в первичный электрический сигнал с помощью оконечного оборудования данных. Первичный электрический сигнал с выхода ООД поступает на устройство защиты от ошибок, в котором осуществляется избыточное кодирование, с целью повышения достоверности передачи данных по каналу связи. Сигнал, имеющий вид импульсов постоянного тока, с выхода УЗО поступает на устройство преобразования сигналов для получения формы сигнала, удобной к передаче по каналу ТЧ. Достигаться это может на основе использования одного из видов модуляции: амплитудной, частотной, фазовой.

Совокупность УПС и УЗО составляет аппаратуру передачи данных (АПД) (в отдельных случаях АПД может состоять, только из УПС).

Оконечное оборудование данных и АПД составляет оконечную установку передачи данных (ОУПД). ОУПД располагают в так называемых абонентских пунктах (АП). Оборудование АП, часто называемое удалёнными терминалами, является фактически периферийным устройством ЭВМ, вынесенным к пользователю.

В СПД, использующей коммутируемые каналы, ОУПД с помощью абонентских линий соединяется с коммутационной аппаратурой (в частном случае это может быть АТС) с последующим выходом на МТС и магистрали связи. Для передачи данных могут выделяться как отдельные каналы ТЧ, так и типовые тракты.

На приемной стороне осуществляется преобразование сигналов в обратном порядке, т.е. в УПС осуществляется демодуляция сигналов, далее в УЗО - декодирование сигналов с целью коррекции ошибочно принятых сигналов. Затем ООД, функцию которого может также выполнять некоторое согласующее устройство (СУ), преобразует первичный электрический сигнал в форму, необходимую для обработки ЭВМ (получателя данных).

Согласующие устройства либо входят в состав ЭВМ, либо выполняются в виде отельных конструктивных блоков.

Процесс передачи данных в системе связи, изображенной на рис. 3.11, подразделяется на два этапа. На первом этапе с помощью коммутационной аппаратуры и ВЧ системы передачи составляется канал связи. После этого на втором этапе осуществляется непосредственно передача данных. По окончании сеанса связи соединение автоматически разрушается, а освободившиеся устройства коммутации и каналы ВЧ системы могут использоваться для обслуживания других абонентов

В соответствии со схемой, представленной на рис. 3.11, может осуществляется симплексный способ передачи от ИД к ЭВМ. Абонентские пункты могут работать также в дуплексном режиме или в режиме диалога с ЭВМ. В составе АП, в этом случае, помимо ранее названных устройств, должны быть устройства печати, а также отображения информации (экранные абонентские пульты или дисплеи). Оператор может послать в ЭВМ вопросы и получить от нее ответы, вносить необходимые при вычислении дополнительные данные или корректировать их в процессе диалога.

Дуплексный способ передачи информации может также применятся в СПД, содержащей в качестве ИД и ПД электронно-вычислительные машины. Структурная схема такого рода СПД представлена на рис. 3.12.

УЗО состоит из кодирующего устройства (КУ) и декодирующего (ДКУ).

 

Рис.3.12

УПС, состоящее из модулятора (М) на передаче и демодулятора (ДМ) на приеме, носит сокращенное название модем.

Процесс передачи сообщений в схеме, изображенной на рис. 3.12, не требует особых пояснений, он ясен, исходя из анализа ранее приведенной схемы (рис. 3.11)

Однако на первый взгляд кажущееся несущественным отличие двух схем (изменено местоположение УПС и коммутационной аппаратуры) на самом деле является принципиальным, если учесть следующее. Расположение коммутационной аппаратуры в соответствии с рис. 3.11 позволяет реализовать так называемый принцип коммутации каналов (КК), а расположение коммутационной аппаратуры в соответствии с Рис. 3.12 -принцип коммутации сообщений (КС).

При коммутации каналов сначала организуется сквозной канал между источником и получателем сообщений, а затем осуществляется передача информации.

При этом выдерживается следующий алгоритм работы:

- выбывающий абонент с помощью вызывного устройства посылает в КА заявку, содержащую условный адрес вызываемого абонента, на соединение с вызываемым абонентом;

 - коммутационная аппаратура по полученной заявке осуществляет соединение двух абонентов; после организации сквозного канала связи, вызываемый абонент получает сигнал вызова, а вызывающий - сигнал установления соединения;

- происходит обмен сообщениями между абонентами (симплексный, дуплексный, полудуплексный);

- по завершении сеанса связи КА разрушает ранее установленное соединение.

Если по какой-либо причине соединение абонентов не может быть обеспечено, коммутационная аппаратура посылает вызывающему абоненту сигнал занятости, т. е. имеет место отказ в заявке на обслуживание. Вследствие этого коммутационную аппаратуру, осуществляющую коммутацию каналов, называют системой с отказами.

При коммутации сообщений абонент передает всю информацию в аппаратуру коммутации. Причём, если сразу сообщение не может быть передано адресату (вследствие занятости коммутационных устройств или каналов ВЧ системы передачи), то оно запоминается и передается по мере освобождения в нужном направлении.

При коммутации сообщений реализуется следующий алгоритм работы:

- вызывающий абонент передает сообщение вместе с условным номером адресата (вызываемого абонента);

- в КА информация запоминается и в соответствии с переданным номером определяется канал, по которому должно быть передано сообщение;

- если этот канал свободен, сообщение немедленно передается;

- если канал занят, то информация хранится в запоминающем устройстве вплоть до освобождения канала;

- при хранении устанавливается очередь в соответствии с порядком поступления заявок на обслуживание и с учетом категории срочности.

Поэтому КА с коммутацией сообщений называют системой с ожиданием.

Система передачи данных, представленная схемой на рис. 3.11, является системой с коммутацией каналов, поскольку на КА поступает аналоговый сигнал, хранение которого в запоминающем устройстве представляет сложную задачу.

В то же время СПД, структурная схема, которая приведена на рис.3.12, может являться как системой с коммутацией каналов, так и сообщений. Это объясняется тем, что на КА поступает дискретный (двоичный) сигнал, хранение которого в запоминающих устройствах не представляет сложности.

КА с коммутацией сообщений размещается на так называемых центрах коммутации сообщений (ЦКС). Следует отметить, что в настоящее время находят практическое применение обе системы коммутации [6].

 

3.6. СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

 

Передача дискретных сигналов по каналам связи может осуществляться тремя способами:

- синхронным;

- асинхронным;

- стартстопным.

При синхронном способе передачи сигналов количество единичных интервалов между двумя любыми значащими моментами (в пределах одной или различных комбинаций) есть целое число (рис. 3.13, а). Можно сказать, что при синхронном способе передачи дискретных сигналов по оси времени жестко задан единый такт работы.

Асинхронная передача сигналов может быть определена следующим образом:

1) количество единичных интервалов между двумя значащими моментами, соответствующими одной кодовой комбинации первичного кода, есть целое число;

2) количество единичных интервалов между двумя значащими моментами, соответствующими различным кодовым комбинациям, не является целым числом (рис. 3.13, б).

Таким образом, при асинхронном способе передачи дискретных сигналов, в пределах каждой кодовой комбинации определен единый временной такт работ, а между кодовыми комбинациями временные соотношения являются произвольными, т. е. случайным будет и временной интервал

 

                                      (3.5)

где   - начало (n+1)-й кодовой комбинации;

     - конец n-й кодовой комбинации.

Передача телеграфного сигнала, соответствующего первичному коду Морзе, может служить примером асинхронного способа передачи.

При стартстопном способе передачи дискретных сигналов количество единичных интервалов между произвольными значащими моментами, соответствующими одной или различным кодовым комбинациям, не является целым числом (рис. 3.13, в).

Рис.3.13

 

Таким образом, несмотря на то, что моменты времени  начала и конца каждой из кодовых комбинаций жестко определены вследствие того, что служебный сигнал «стоп» имеет длительность , нарушается синхронный режим работы как в пределах одной, так и нескольких кодовых комбинаций.

Каждый из способов передачи дискретных сигналов находит широкое применение на практике.

И, наконец, введем понятие скорости модуляции и скорости передачи информации.

Скоростью модуляции (телеграфирования) называют число единичных элементов, передаваемых в единицу времени:

 

,                                  (3.6)

 

где n - число единичных элементов;

  Т — время передачи;

 - длительность единичного элемента.

Единицей измерения скорости модуляции является Бод. Одному Боду соответствует скорость, при которой передается один единичный элемент в одну секунду. В телеграфии используются следующие стандартные скорости модуляции 50, 100, 200 Бод. Допускается использование скорости модуляции в 75 Бод. Эти же скорости используются и в так называемых низкоскоростных системах передачи данных.

Для среднескоростных СПД стандартизированы скорости модуляции 600, 1200, 2400, 3000, 3600, 4800, 7200, 9600 Бод. Высокоскоростные СПД имеют скорости модуляции 12000 Бод и выше.

Чрезвычайно важным является вопрос о максимально допустимой скорости модуляции в каналах с ограниченной полосой пропускания.

Если передача информации осуществляется импульсами постоянного тока (например, телеграфным сигналом) через идеальный фильтр нижних частот (ФНЧ), то предельная скорость модуляции определяется на основе следующих соображений.

Постоянная времени ФНЧ определяется выражением

 

,                 (3.7)

где  — импульсная переходная функция;

         - частота среза ФНЧ.

Минимально возможная длительность единичных элементов не может превосходить постоянную времени, т. е.

 

,                        (3.8)

 

следовательно, максимально возможная скорость модуляции       

будет равна                  

.                         (3.9)

Из теории цепей известно, что полосовой фильтр с эффективной полосой пропускания  эквивалентен ФНЧ, у которой F_B и  связаны соотношением

 

.                                            (3.10)

Подставляя (3.10) в (3.9), получим предельно возможную скорость модуляции при передаче модулированных сигналов через полосовой фильтр

 

.                                     (3.11)

Соотношения (3.9) и (3.11) называются пределами Найквиста.

Скорость модуляции однозначным образом связана со скоростью передачи информации     

               

,  (3.12)

где V — скорость модуляции;

М — основание сигнала;

p — вероятность ошибки единичного элемента.

В реальных каналах связи обычно р << 1, поэтому выражение (3.12) может быть записано в следующем виде

 

.                             (3.13)

Выражение (3.13) определяет производительность источника сообщений.

Для случая М> 2 скорость передачи информации больше скорости модуляции. При М=2, R=V, если элементы сигнала равновероятны и взаимонезависимы. Во всех остальных ситуациях R<V.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Какие системы проводной связи вы знаете?

2. Поясните, чем отличаются системы передачи телефонных, факсимильных и телевизионных сообщений?

3. Чем отличаются системы телеграфной связи от систем передачи данных?

4. Что такое коммутационная аппаратура?

5. Какие виды каналообразующей аппаратуры применяются в системах проводной связи?

6. Чем отличаются абонентская и соединительная линия?

7. Что такое диаграмма уровней передачи?

8. Нарисуйте структурную схему системы телефонной связи.

9. Нарисуйте структурную схему системы телеграфной связи.

10. Нарисуйте структурную схему системы передачи данных.

11. Поясните три способа передачи дискретных сигналов.

 

 

                                      

Глава 4

БОРЬБА С ПОМЕХАМИ

 

4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОМЕХ В КАНАЛАХ РАДИОСВЯЗИ

 

В каналах радиосвязи передаваемый сигнал искажается как самим каналом, так и помехами, воздействующими на него. В ре­зультате на приемной стороне переданный сигнал воспроизво­дится с некоторой ошибкой.

Канал радиосвязи вносит линейные и нелинейные искаже­ния. Причины этих искажений заранее известны, поэтому их можно устранить соответствующей коррекцией. В отличие от ис­кажений помехи, действующие в канале, носят случайный харак­тер и их полностью устранить невозможно.

Помеха представляет собой некоторое воздействие на переда­ваемый сигнал. Природа помех может быть самой различной.

В параграфе 1.7 уже отмечалось, что все виды помех подраз­деляются на аддитивные и мультипликативные. В данной главе рассматриваются только аддитивные помехи и основные методы борьбы с ними.

К аддитивным помехам относится обширный класс помех, раз­личающихся по своим характеристикам и причинам, их вызываю­щим. Классификация аддитивных помех по месту и причинам, их вызывающим, представлена на рис. 4.1.

Каждый вид помех имеет свои отличительные характеристики, что объясняется различными причинами их возникновения.

Внешние помехи разделяются на естественные и искусствен­ные.

К естественным относятся атмосферные, промышленные, кос­мические и другие внеземные помехи. Промышленные или ин­дустриальные помехи условно включены в раздел естественных помех в силу широкого распространения электроустановок в на­родном хозяйстве, на транспорте и т. д. Вокруг сосредоточения промышленных установок, порой даже на значительных расстояниях от них наблюдается шумовой фон со специфическими ус­тойчивыми характеристиками. Промышленные помехи можно от­нести также и к искусственным помехам.

К искусственным помехам принято относить помехи, которые создаются радиостанциями и радиоэлектронными средствами. Их подразделяют на непреднамеренные (станционные) и предна­меренные (специально организованные).

 

Рис. 4.1.

По месту возникновения помехи подразделяются на внутрен­ние и внешние. Кроме внешних помех в любом диапазоне час­тот, особенно на УКВ, имеют место внутренние помехи, пред­ставляющие собой шумы самой аппаратуры, которые вызваны ха­отическим движением носителей заряда в элементах приемных устройств.

Таким образом, мощность помех на входе приемного устрой­ства представляет собой сумму мощностей внешних помех Р_п и внутренних помех (шумов) Р_ш, которую можно представить в виде

 

.                                (4.1)

 

Все виды помех носят случайный характер. Исключение могут составить лишь преднамеренные помехи. Тем не менее несмотря на случайный характер помех они имеют устойчивые статистиче­ские характеристики. Это дает возможность прогнозировать сред­ний уровень помех в зависимости от диапазона частот, местопо­ложения приемного устройства и других условий.

Помехи по своей статистической структуре и частотно-вре­менным свойствам подразделяются на флуктуационные, сосредо­точенные и импульсные.

Наиболее изученной и представляющей наибольший интерес является флуктуационная помеха. Она имеет место практически во всех каналах связи. Интересно отметить, что большое число различных помех, каждая из которых может быть не флуктуационной, даст флуктуационную помеху, которая будет представлять собой случайный процесс с нормальным распределением. Кроме того, многие нефлуктуационные помехи, пройдя через тракт при­емного устройства, приближаются по своим свойствам к флуктуационной помехе. Характерной особенностью флуктуационной по­мехи является то, что ширина ее спектра намного больше поло­сы канала ( ), что позволяет в пределах считать спектральную плотность помехи постоянной (N₀ = const), а для нахождения мощности помехи пользоваться формулой

                        .                                              (4.2)

Шумовая температура, пересчитанная в мощность шумов, с учетом эффективной полосы пропускания приемника равна

           ,                              (4.3)

где k — 1,38·10² Вт/(Гц·град) — постоянная Больцмана;

Т_ш — абсолютная температура, К;

— эффективная полоса пропуска­ния приемника.

Для современных приемников = 1,1 1,2. Наиболее типичными представителями флуктуационных по­мех являются внутренние шумы приемника, космические помехи и некоторые виды атмосферных и промышленных помех.

К сосредоточенным по спектру помехам относятся помехи, энергия которых сосредоточена в некоторой полосе частот. Сос­редоточенные по спектру помехи создаются различными радио­станциями, радиоэлектронными средствами и электроустановка­ми, а также возникают внутри самого канала связи. Как прави­ло, это синусоидальные модулированные колебания вида

 

                  .                                        (4.4)

 

Колебания вида (4.4) могут быть непрерывными, если они создаются сигналами посторонних вещательных и телевизионных систем, или дискретными, если они являются сигналами радио­телеграфных радиостанций или систем передачи данных. При большой загрузке канала радиосвязи сосредоточенными помеха­ми их статистические характеристики приближаются к свойст­вам флуктуационной помехи.

Сосредоточенная помеха в диапазоне KB является основной  помехой, которая определяет помехоустойчивость радиосвязи.  Импульсными или сосредоточенными по времени помехами называются помехи в виде отдельных импульсов или импульс­ных последовательностей. При этом длительность импульсов по­мехи Т_п намного меньше длительности сигнала Т_с(T_п<<T_с), что позволяет установиться переходным процессам в радиопри­емнике от импульсной помехи в промежутке между импульсами. Импульсные помехи представляют собой дискретный нерегуляр­ный процесс в виде случайно следующих по времени импульсов различной амплитуды. Статистические свойства импульсных по­мех описываются распределением вероятностей амплитуд импуль­сов, их длительностей и временных интервалов между ними.

К источникам импульсных помех относятся атмосферные и промышленные помехи, а также помехи от радиолокационных станций.

Интересно отметить, что одна и та же помеха приемником с широкой полосой пропускания может восприниматься как им­пульсная, а приемником с узкой полосой пропускания — как флуктуационная.

 

 

4.2.ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ БОРЬБЫ С ПОМЕХАМИ

Для борьбы с помехами необходимо принимать специальные меры, направленные на снижение потерь информации при ее пе­редаче по каналам радиосвязи. При борьбе с помехами предпо­лагается, с одной стороны, такой выбор характеристик передаю­щих и приемных устройств, которые позволили бы повысить от­ношение сигнал/помеха на входе решающей схемы приемника. При этом очень важным является выбор оптимальной структуры сигналов и оптимальный их прием [16].

С другой стороны, при борьбе с помехами необходимо прово­дить организационно-технические мероприятия, которые позволи­ли бы исключить или снизить влияние помех на прием сигналов.

Ниже рассмотрим лишь методы борьбы с помехами, связан­ные с выбором характеристик передающих и приемных устройств, а также с выбором структуры сигналов.

К основным методам борьбы с помехами можно отнести сле­дующие:

— снижение уровня помех в полосе пропускания приемника;

— увеличение энергии сигнала;

— оптимальная обработка сигналов в приемнике;

— выбор оптимальной структуры сигнала;

— применение сложных сигналов;

— кодирование сигналов с целью повышения их помехоустой­чивости;

— повторение передачи сигналов.

Снижение уровня помех в полосе пропускания приемника дос­тигается рациональным выбором рабочего диапазона частот, в котором помехи минимальны. При работе в диапазоне УКВ, где относительно легко реализуются антенны с узкой диаграммой на­правленности, кроме отмеченной меры возможно также снижение уровня помех за счет ориентации антенн строго на корреспон­дентов.

Увеличения энергии сигналов можно достичь путем увеличения длительности сигнала или путем повышения средней мощности излучаемого сигнала. Увеличить длительность сигнала можно за счет снижения скорости манипуляции при передаче дискретных сигналов. Повышение же средней мощности излучаемого сигнала зависит от ряда показателей передающего устройства.

Известно [7], что мощность излучения передатчика определя­ется выражением

 

P_изл=P_прдG_прдh_прд,                             (4.5)

где P_прд— мощность передатчика;

   G_прд— коэффициент усиления передающей антенны;

     h_прд — коэффициент полезного действия фидерного тракта.

Из (4.5) следует, что для повышения Р_изл необходимо преж­де всего повышать P_прд и G_прд. На низких частотах, где трудно создать узконаправленные антенны, необходимо повышать P_прд. На высоких частотах целесообразно повышать P_прд путем соз­дания узконаправленных антенн с большим коэффициентом уси­ления. В диапазоне УКВ величина G_прд может составлять 70 дБ и более.

Оптимальная обработка сигнала в приемнике может осуществ­ляться двумя способами:

— компенсацией помех;

— оптимальной фильтрацией сигнала.

При реализации способа компенсации помех нужно выделить из смеси сигнала и помехи только помеху, а затем вычесть ее из этой смеси спустя некоторое время. Эффективность этого спосо­ба высока в случае действия в канале регулярных помех, пара­метры которых можно определить при отсутствии сигнала. Если же помехи носят случайный характер, то выделение помехи из смеси ее с сигналом тем труднее, чем меньше они отличаются по своей структуре. В случае существенного различия в структуре сигнала и помехи, выделение последней или создание ее копии упрощается. Сказанное прежде всего относится к импульсным или сосредоточенным помехам. Методы борьбы с сосредоточен­ными и импульсными помехами рассматриваются в параграфах 4.3.1 и 4.3.2

Оптимальная фильтрация дискретных сигналов осуществляет­ся либо согласованным фильтром, либо коррелятором. Опти­мальный приемник дискретных сигналов осуществляет две операции: фильтрацию и принятие решения о переданном сигнале.

При приеме дискретных сигналов принимается решение о наличии одного сигнала из заданного множества по величине и форме отклика фильтра или коррелятора. Существенным при этом является знание структуры помехи и на этой основе правильный  выбор формы сигнала.

Согласованный фильтр (СФ) для входного сигнала x ( t ) дол­жен представлять собой четырехполюсник, у которого отклик x *( t ) совпадает с комплексно-сопряженным спектром входного сигнала (рис. 4.2). Именно это обстоятельство и позволяет по­лучить максимальный отклик на выходе согласованного фильтра только лишь в случае прихода на его вход сигнала x ( t ). Помеха же, даже близкая по структуре к сигналу, дает отклик СФ мень­ше.

 

 

Рис. 4.2.

 

Регистрация дискретных сигналов осуществляется сравнением уровня отклика на выходе согласованного фильтра с некоторым порогом, определяемым уровнем помех.

В тех случаях, когда СФ практически трудно реализовать, применяют фильтры, согласованные с сигналом только по полосе. Такие фильтры называют квазиоптимальными. Оптимальная по­лоса для различной формы импульсов вычисляется довольно просто. В [4] показано, что отношение сигнал/помеха на выходе квазиоптимального фильтра по сравнению с согласованным филь­тром меньше примерно на 15-20%.

При корреляционном приеме (рис. 4.3) необходимо прини­маемую смесь сигнала и помехи перемножить с опорным напря­жением, представляющим собой копию переданного сигнала. Затем в некоторый момент времени следует измерить значение функции взаимной корреляции принятого колебания и опорного сигнала.

В зависимости от выбранного метода регистрации выходного сигнала корреляционный прием может быть когерентным и не­когерентным. Когерентный прием требует жесткой синхронизации, и в частности, точного знания момента снятия отсчета выходного сигнала.

Если у передаваемого колебания частота и фаза известны, то  в когерентном приемнике используется синхронный детектор, в котором опорное колебание синхронно и синфазно перемножает­ся с колебанием несущей частоты сигнала. На выходе перемно­жителя устанавливается интегратор, который чаще всего пред­ставляет собой фильтр нижних частот. Фильтр выделяет колеба­ние, практически совпадающее с огибающей передаваемого вы­сокочастотного сигнала.

В случае некогерентного приема фаза принимаемого сигнала неизвестна. В связи с этим синхронный детектор можно заме­нить линейным детектором огибающей (ЛДО). С выхода ЛДО сигнал поступает на интегратор, а затем на решающее устрой­ство РУ (рис. 4.4).

Отношение сигнал/помеха на выходе корреляционного прием­ника при когерентной обработке в два раза больше, чем при не­когерентной [4].

Оптимальная фильтрация непрерывных сигналов состоит в воспроизведении с максимальной точностью формы переданного сигнала. В ряде случаев, в отличие от оптимальной фильтрации дискретных сигналов, оптимальная фильтрация непрерывных сиг­налов, и прежде всего телефонных, не требует операции приня­тия решения о передаваемом сигнале, а роль решающей схемы выполняет сам получатель информации.

 

Рис. 4.3                                           Рис. 4.4

 

В общем же случае решение задачи оптимальной фильтрации непрерывных сигналов основывается на теории Колмогорова-Ви­нера [1, 4]. Эта теория базируется на предположениях, что сиг­нал и помеха есть стационарные случайные процессы, операция фильтрации есть линейная операция, а критерием оптимальнос­ти является минимум среднеквадратической ошибки.

Задача оптимальной фильтрации сводится к тому, чтобы най­ти оптимальный линейный фильтр с точки зрения его передаточ­ной функции по отношению к сигналу. Такой фильтр должен как можно эффективней отделить сигнал от помехи.

На рис. 4.5 пунктиром показана частотная характеристика оптимального фильтра К(ω)в случае неперекрывающихся спект­ров сигнала G_c( ) и помехи G_n( ) и в случае, когда спектры сигнала и помехи перекрываются. Фильтр с оптимальной частотной характеристикой должен пропускать колебания различных частот обратно пропорционально отношению .  Фильт­рация сигнала возможна лишь до некоторых минимальных отно­шений сигнал/помеха.

Рис. 4.5

Эффект фильтрации можно улучшить, если применить предыс­кажение передаваемого сигнала с помощью передающего фильтра. На приемной стороне характеристику фильтра выбирают та­кой, чтобы она с учетом характеристики передающего фильтра позволяла получить наименьшую среднеквадратическую ошибку

Выбор структуры сигнала существенно влияет на помехоустой­чивость приема. Рассмотренная выше оптимальная фильтрация показывает, насколько важно правильно выбрать структуру сиг­нала при заданном виде помех в канале связи. Оптимальную структуру будут иметь те сигналы, у которых спектральные сос­тавляющие колебаний имеют максимальное значение на тех час­тотах, где помеха минимальна. Не менее важное значение при вы­боре оптимальной структуры сигналов имеют их взаимокорреляционные свойства.

Для повышения верности передаваемых сообщений может при­меняться помехоустойчивое кодирование сигналов. Оно предпола­гает использование таких кодов, которые корректируют ошибки, вызванные наложением помех на сигнал. Применение помехоус­тойчивых кодов ведет к усложнению приемо-передающих уст­ройств из-за необходимости иметь кодирующую и декодирующею аппаратуру.

Многократная передача одного и того же сигнала также поз­воляет повысить верность приема сообщений. Этот метод борьбы с 'помехами реализуется несколькими способами.

Сигнал может передаваться по параллельным каналам, что практически исключает вероятность поражения одного и того же элемента сигнала помехой, так как помехи в этих каналах некоррелированны.

 Для повышения верности передачи один и тот же сигнал мо­жет многократно повторяться. В силу случайности действия по­мех при правильно выбранных интервалах передачи вероятность одинакового искажения сигнала крайне мала.

И, наконец, для борьбы с помехами могут применяться систе­мы с обратной связью. Если в результате анализа принятого сигнала есть сомнение относительно того, какой сигнал переда­вался, принимается решение о повторной передаче сигнала.

 

4.3. БОРЬБА С АДДИТИВНЫМИ ПОМЕХАМИ

 

4.3.1 ФЛУКТУАЦИОННЫЕ ПОМЕХИ

Борьба с флуктуационными помехами (шумами) является од­ной из центральных задач обеспечения помехоустойчивости систем радиосвязи. Флуктуационные помехи всегда присутствуют в канале радиосвязи и их невозможно полностью подавить из-за их физической природы. Выбросы флуктуационной помехи могут иметь значительную величину и ее порой трудно отличать от сиг­нала, даже в его отсутствие. Сдругой стороны, интерференция сигнала и помехи может привести к тому, что суммарное колебание окажется ниже порога регистрации и сигнал не будет зафик­сирован.

Для борьбы с флуктуационными помехами может использоваться любой из методов, рассмотренных в параграфе 4.2. Однако ниже остановимся главным образом на тех методах борьбы с флуктуационными помехами, которые позволяют увеличить среднюю мощность сигнала, поскольку качество связи определяется отношением средней мощности сигнала к мощности шума в полосе пропускания приемника.

Известно, что при передаче непрерывных сигналов средняя мощность передатчика оказывается значительно ниже максималь­ной. Самым очевидным способом повышения средней мощности сигнала в этом случае является сокращение динамического диапазона сигнала. Этого можно достичь путем преобразования не­прерывных сигналов в цифровые, а применительно к речевым сигналам, еще и клипированием или компандированием сигнала (см. параграф 1.2).

В реальных средствах радиосвязи наиболее распространенным методом борьбы с флуктуационными помехами является фильтрация сигналов. Ниже остановимся на отыскании оптимальных условий фильтрации дискретных и непрерывных сигналов.

При фильтрации дискретных сигналов u_c1(t) и u_c2(t), которые могут представлять двоичный сигнал, условие оптимального приема при действии флуктуационных помех будет определяться неравенством [1,2]:

.               (4.6)

В (4.6) сигнал x ( t ) на входе приемника представляет собой сумму переданного сигнала u_c(t) и помехи u_n ( t ) на конечном интервале 0 < t < Т.

Оптимальным приемником можно считать такой приемник, ко­торый воспроизводит переданный сигнал u_c ( t ) с наименьшим среднеквадратическим отклонением от принятого сигнала x ( t ).

В.А. Котельников предложил оценивать качество работы приёмника на основе минимума полной вероятности ошибки [14]. Приёмник, работающий на этом принципе был назван идеальным приёмником, а сам критерий, положенный в основу оценки качества его работы, критерием идеального наблюдателя. На практике наибольшее распространение получили критерий идеального наблюдателя и критерий Неймана-Пирсона, в соответствии с которым приёмник минимизирует вероятность пропуска цели Р_пц  при заданном значении вероятности ложной тревоги Р_лт. В дальнейшем будем придерживаться определения оптимальности приёмника в смысле Котельникова и определим структуру такого оптимального приёмника.

 

Рис. 4.6

 

Одной из схем, реализующей условие (4.6), может быть схема приемника, приведенная на рис. 4.6. Такой приемник был пред­ложен В. А. Котельниковым [14].

В этом приемнике генераторы опорных сигналов Г₁ и Г₂ фор­мируют соответственно передаваемые сигналы u_{c 1}, и u_{c 2.}С вы­читающих устройств В сигналы вида х — и_с1, и х — и_сг поступа­ют на квадратирующие устройства KB и преобразуются к виду (х – и_с1)² и (х — u_{c 2})². Затем эти сигналы интегрируются на интервале Т и после интеграторов N колебания    и подаются на решающее устройство РУ, представляющее собой схему сравнения и выбора.

Выражение (4.6) можно преобразовать к эквивалентному не­равенству, если выполнить операцию возведения в квадрат подын­тегральных выражений

 

                        ,                    (4.7)

 

где  — энергия сигнала.

 

Условие (4.7) можно реализовать с помощью схемы так на­зываемого оптимального порогового приемника (рис. 4.7).

 

Рис. 4.7

 

Принимаемое колебание и разностный сигнал перемножаются (П), после чего результат  интегриру­ется (И) и сравнивается с постоянным порогом, равным 0,5 (E₂-E₁).

 

Оптимальный пороговый приемник проще приемника В. А. Котельникова и его целесообразно применять в каналах с ад­дитивными помехами. В каналах же с переменными параметра­ми, где уровень сигнала все время изменяется, необходимо порог автоматически регулировать, что является недостатком.

При равенстве энергий сигналов (Е₂ = Е₁) этот недостаток устраняется, поскольку порог равен нулю и решающее устройст­во РУ выдает только лишь знак сигнала.

Рис. 4.8

Следует заметить, что в случае E ₂ = E ₁ в приемнике В. А. Котельникова отпадает необходимость в операции квадратирования и он преобразуется в корреляционный когерентный приемник (рис. 4.8), реализующий следующий алгоритм работы

 

.                                             (4.8)

 

Условие (4.8) можно также реализовать с помощью опти­мального приемника на согласованных фильтрах (рис. 4.9).

Рис. 4.9

При отсутствии помех сигнал на выходе каждого согласован­ного фильтра с точностью до постоянного множителя совпадает с автокорреляционной функцией входного сигнала. При наличии помех напряжение на выходе каждого согласованного фильтра будет пропорционально функции взаимной корреляции принятого сигнала x ( t ) и переданного сигнала u_c(t).

Первый согласованный фильтр СФ1 выполняет операцию , а второй согласованный фильтр СФ2 — операцию ,  после чего напряжение с выхода каждого фильтра поступает на решающее устройство РУ.

Величина отклика на выходе согласованного фильтра и на выходе коррелятора при когерентном приеме одинакова и рав­на [1, 2]

                                            .                                             (4.9)

Из (4.9) следует, что отношение сигнал/шум на выходе опти­мального приемника не зависит от формы входного сигнала и ее можно выбирать из условия обеспечения наиболее эффективной борьбы с другими видами помех.

По существу, согласованный фильтр эквивалентен коррелято­ру. Однако реализовать согласованный фильтр, особенно для ШПС, труднее, чем коррелятор [5].

На практике при приеме дискретных сигналов широко исполь­зуется квазиоптимальная фильтрация, когда в приемнике приме­няются фильтры, согласованные с сигналом лишь по полосе. В случае приема узкополосных дискретных сигналов длительностью Т_с в зависимости от формы сигнала необходимо правильно выбирать амплитудно-частотную характеристику фильтра. Это имеет важное значение для получения максимального отношения сигнал/шум на его выходе. Сказанное иллюстрируется таблицей 4.1, в которой для различных по форме сигналов и АЧХ фильт­ров приведены максимальные нормированные значения отноше­ния сигнал/шум  на выходе согласованных по полосе фильт­ров.

 

                                       Таблица 4.1

Вид огибающей сигнала	ЛЧХ фильтра
Прямоугольная Прямоугольная Гауссова Гауссова	Прямоугольная Гауссова Прямоугольная Гауссова	1,37 0.72 0.72 0,63	0,91 0,94 0.94 1,0

 

В таблице 4.1 =  — отношение сигнал/шум на выходе фильтра, согласованного на полосе с сигна­лом, а h²₀ отношение сигнал/шум на выходе согласованного фильтра. Оптимальная полоса фильтра находится из соотношения .

 

Из таблицы 4.1 видно, что при равенстве центральных час­тот сигнала и фильтра отношение сигнал/шум на входе решаю­щей схемы при квазиоптимальной фильтрации по сравнению с оп­тимальной фильтрацией снижается незначительно. В то же время реализовать фильтр, согласованный с сигналом по полосе, зна­чительно проще, чем согласованный фильтр. Этим, в частности, можно объяснить широкое применение в средствах радиосвязи фильтров, согласованных с сигналом только по полосе.

Рассмотрим некоторые особенности оптимального приема не­прерывных сигналов при действии флуктуационных помех.

В параграфе 4.2 уже отмечалось, что оптимальная линейная фильтрация непрерывных сигналов базируется на теории Колмо­горова-Винера, которая верна лишь для стационарных случайных процессов. Однако реальные непрерывные сигналы (телефонные, телеметрические, телевизионные и др.) не всегда являются ста­ционарными, что не позволяет решить задачу построения опти­мальных линейных фильтров на базе теории линейной фильтра­ции. В связи с этим на практике находят применение другие способы построения оптимальных приемников непрерывных сиг­налов.     

Если бы передаваемый непрерывный сигнал был полностью известным, подобно тому, как это имеет место при передаче дис­кретных сигналов, то схемы оптимальных приемников для не­прерывных сигналов не отличались бы от рассмотренных выше схем оптимальных приемников. Однако при передаче непрерывных сигналов получатель информации находится в более тяжелых ус­ловиях, поскольку он располагает лишь некоторой информацией о сигнале. Ему могут быть известны рабочая частота, вид моду­ляции, ширина спектра сигнала и т. п. Остальную же информа­цию он должен получить путем анализа принятого сигнала за не­который предшествующий промежуток времени Т.

Анализ принятого колебания x ( t ) должен способствовать вос­произведению переданного сигнала u_c ( t ) с минимальным среднеквадратическим отклонением.

Оптимальный приемник путем анализа принятого сигнала x ( t ) вычисляет плотность распределения вероятностей для всех возможных реализаций передаваемых сигналов. Решение задачи сводится к тому, чтобы вычислить функцию плотности распреде­ления вероятностей .принятого сигнала x ( t ) за промежуток Т и выдать на выходе приемника ту реализацию передаваемого сиг­нала, для которой эта функция максимальна.

Нахождение плотности распределения вероятностей основано на вычислении взаимной корреляции между принятым колебанием x ( t ) и переданным ожидаемым сигналом u_c ( t ). Плотность рас­пределения вероятностей можно представить функцией [2, 4]

  ,                         (4.10)

где N₀ — постоянная спектральная плотность шума.

Так как сигнал u_c ( t ) неизвестен, то вместо сигнала следу­ет брать некоторое его оценочное значение v ( t ), которое в резуль­тате анализа колебания x ( t ) полагается близким к переданному сигналу. Поэтому приемник определяет не функцию h(u), а не­которую оценочную эквивалентную ей функцию h ( v ).

Поясним это положение. Если бы сигнал был полностью из­вестен, как это имело место при приеме дискретных сообщений, то с помощью коррелятора или оптимального фильтра была бы найдена именно функция h ( u ). При передаче же непрерывных со­общений сигнал известен не полностью. Могут быть известны, как уже отмечалось, только некоторые его параметры, такие, как ра­бочая частота, вид модуляции, ширина спектра и некоторые другие. Сам же передаваемый сигнал неизвестен. При этом сиг­нал меняется непрерывно со временем и может принять любую форму. Наблюдая за принятым колебанием x ( t ) за предшеству­ющий промежуток Т, приемник должен произвести оценку этого сигнала и вычислить оценочную функцию

 

,                                       (4.11)

 

где v ( t ) — оценочное значение передаваемого сигнала на выхо­де приемника.

Для нахождения h(v)  можно воспользоваться либо схемой следящего коррелятора (рис. 4.10), либо схемой, содержащей следящий фильтр, т. е. фильтр с переменными параметрами (рис. 4.11). Обе схемы имеют информационный канал, на выходе кото­рого формируется оценочное значение v ( t ) передаваемого сигна­ла u_с ( t ), а также канал обратной связи.

Рис. 4.10

В схеме следящего коррелятора (рис. 4.10) обратный канал, содержащий управляющий элемент УЭ и генератор Г, служит для формирования опорного сигнала, подаваемого на перемножитель П, на вход которого поступает колебание x ( t ). Управляющий элемент служит для изменения модулируемого параметра рабо­чей частоты, формируемой генератором Г, в соответствии с ве­личиной v ( t ). Фильтр нижних частот ФНЧ используется в качест­ве интегратора на интервале наблюдения  (  — верхняя частота в спектре передаваемого сигнала).

 

Рис. 4.11

В схеме со следящим фильтром (рис. 4.11) посредством об­ратного канала, содержащего УЭ, изменяются параметры фильт­ра СФ в соответствии со значением v ( t ). Поскольку величина v ( t ) непрерывно меняется, то и параметры фильтра также непре­рывно изменяются, подстраиваясь под ожидаемый сигнал u_с(t).

Следящие оптимальные приемники являются нелинейными устройствами, поэтому теорию оптимального приема непрерывных сигналов следует рассматривать как теорию оптимальной нели­нейной фильтрации.

Следует отметить, что при действии в канале связи как ад­дитивной, так и мультипликативной помехи приемники, приве­денные на рис. 4.10 и 4.11, должны быть дополнены системами автоматической регулировки усиления и фазовой автоподстройкой частоты, а при изменяющейся величине N₀ — устройством изме­рения и выравнивания помех.

Таким образом, при оптимальном приеме сигналов, передава­емых по каналам с переменными параметрами и непостоянным уровнем помех, в приемнике должно автоматически осуществ­ляться непрерывное слежение за формой сигнала и характером помехи, а это значит, что оптимальный приемник должен быть адаптивным.

4.3.2. СОСРЕДОТОЧЕННЫЕ ПОМЕХИ

В каналах радиосвязи кроме флуктуационной помехи с пос­тоянной спектральной плотностью N₀ имеют место помехи, энер­гия которых сосредоточена в некоторой полосе частот. Помехи такого рода называются сосредоточенными по спектру. Они соз­даются всевозможными внешними источниками (соседними ра­диостанциями, генераторами помех и т. п.), а также могут по­рождаться каналом связи. Сосредоточенная помеха представляет собой колебание вида (4.4). Длительность сосредоточенной по спектру помехи Т_п может быть произвольной. Если Т_п>Т_с то основная энергия помехи сконцентрирована в полосе частот, меньшей или соизмеримой с полосой сигнала. При Т_п< Т_с спектр помехи простирается за пределами полосы частот сигнала.

Основные методы борьбы с сосредоточенными по спектру помехами основаны на частотной, пространственной и ампли­тудной избирательности, избирательности по форме сигналов, а также на интегральном приеме и согласованной фильтрации [16].

Частотная избирательность состоит в применении узкополосных режекторных фильтров. Удаление узкополосной помехи со­провождается подавлением полезного сигнала в этой же полосе частот, что ведет к его искажениям.

Амплитудная избирательность основана на подавлении помех в нелинейных элементах приемника, таких, как амплитудный ог­раничитель и детектор.

Пространственная избирательность заключается в строгой ориентации антенн корреспондентов друг на друга, а также в вы­боре места корреспондентов таким образом, чтобы помехи по воз­можности не попадали в створ диаграммы направленности ан­тенн.

Избирательность по форме сигналов предполагает использо­вание сигналов сложной структуры, что позволяет их в опреде­ленной мере отделить от сосредоточенных по спектру помех.

Интегральный прием заключается в усреднении сигнала и по­мехи в пределах длительности сигнала Т_с. Сигнал выделяется ин­тегрирующим фильтром с постоянной времени установления , что позволяет обеспечить линейность интегрирования. В конце каждого символа свободные колебания 'в интегрирующем фильтре гасятся, чтобы обеспечить равнозначные начальные ус­ловия для последующих символов.

При интегральном приеме помехи действуют на фильтр толь­ко в течение существования сигнала, что обеспечивает увеличе­ние превышения сигнала над помехой по сравнению с приемом на фильтр, согласованный со спектром сигнала. Кроме того, ин­тегральный прием позволяет устранить перекрытие спектров смеж­ных но времени символов, поскольку в конце каждого символа применяется принудительное гашение колебаний в интегрирую­щем фильтре.

Прием дискретных сигналов на согласованные фильтры при действии .сосредоточенных по спектру помех имеет некоторые особенности по сравнению с приемом в условиях флуктуационных помех. Эти особенности связаны с тем, что сосредоточенная по­меха, в отличие от флуктуационной, имеет неравномерный энер­гетический спектр. Согласованный фильтр, рассчитанный на по­меху с равномерным спектром, будет неоптимальным для .поме­хи с неравномерным спектром.

Для получения максимального отношения сигнал/помеха на выходе согласованного фильтра при действии сосредоточенной помехи необходимо правильно рассчитать его коэффициент пере­дачи с учетом как спектра сигнала так и спектра сосре­доточенной помехи .

Использование предварительных сведений о сосредоточенной помехе позволяет применить метод В. А. Котельникова, состоя­щий в приведении неравномерного спектра помехи  к равно­мерному с постоянной спектральной плотностью N ₀ . Это достига­ется тем, что принятое колебание x ( t ) = u_c ( t )+ u_n ( t ) первоначаль­но поступает на линейный выравниватель с таким коэффициентом передачи, который позволяет неравномерный спектр помехи пре­образовать в равномерный. При этом сигнал также преобразует­ся, но для него оптимальным остается обычный согласованный фильтр, который рассчитан на помеху с равномерным спектром.

На практике линейный выравниватель и согласованный фильтр выполняется как единое устройство с заданным коэффи­циентом передачи.

 

4.3.3. ИМПУЛЬСНЫЕ ПОМЕХИ

Кроме флуктуационных и сосредоточенных по спектру помех в каналах радиосвязи действуют импульсные помехи. В диапазо­не частот ниже 15 МГц основной причиной, порождающей им­пульсные помехи, являются грозовые разряды. В более высоко­частотных диапазонах импульсные помехи создаются промыш­ленными установками, другими радиоэлектронными средствами, а также специальными импульсными генераторами.

Основными методами борьбы с импульсными помехами при приеме дискретных сигналов являются амплитудное ограничение, применение усилителей с переменным коэффициентом усиления и фильтром, а также использование согласованных фильтров, интегрального приема и корректирующих кодов [16]. При использовании метода амплитудного ограничения может применяться неглубокое и глубокое ограничение импульсной по­мехи. При неглубоком ограничении приемное устройство содер­жит широкополосный усилитель, двухсторонний амплитудный ог­раничитель и решающую схему (сокращенно ШОР). Уровень ог­раничения выбирается выше максимального значения суммарного напряжения сигнала и флуктуационной помехи. Это позволяет приемнику при отсутствии импульсной помехи работать в режиме линейного усиления и лишь при появлении импульсной помехи переходить в нелинейный режим.

Информационные сигналы следует выбирать максимально от­личающимися по форме от импульсных помех, при этом сигналы должны иметь малый пик-фактор. В этом случае облегчается автоматическое регулирование уровня ограничения. В каналах, где действуют сосредоточенные помехи, схему ШОР применять нецелесообразно в силу ее сильной чувствительности к такому виду помех.

При использовании метода глубокого амплитудного ограниче­ния в приемнике необходимо применять широкополосный усили­тель, двухсторонний ограничитель, узкополосный усилитель и второй двухсторонний ограничитель (сокращенно ШОУО). Здесь не нужна автоматическая регулировка уровня ограничения, что упрощает схему.

Широкая полоса усилителя позволяет сохранить минималь­ным участок поражения сигнала импульсной помехой, поскольку полоса согласована с длительностью помехи и ее фронт остается крутым. Напомним, что сужение полосы приводит к ухудшению фронтов импульса и увеличению его длительности, в результате чего пораженный участок сигнала возрастает.

После широкополосного усилителя сигнал и импульсная поме­ха поступают на двухсторонний ограничитель. В фильтре узко­полосного усилителя происходит дальнейшее подавление им­пульсной кратковременной помехи, поскольку фильтр согласован с сигналом по спектру. Чем больше отношение полосы широко­полосного усилителя к полосе узкополосного усилителя, тем боль­ший выигрыш дает схема ШОУО в помехоустойчивости. Однако если длительность импульсов помехи соизмерима с длитель­ностью сигнала или импульсы помехи следуют с большой часто­той, то эффективность схемы ШОУО резко падает.

Рассмотрим применение усилителей с переменным коэффици­ентом усиления и фильтром для борьбы с импульсными помехами.

Короткий импульс помехи в контурах приемника вызывает отклик на их резонансной частоте. В результате на выходе при­емника напряжение импульсной помехи будет иметь вид синусоиды с огибающей помехи, длительность и форма которой опре­деляются параметрами контуров приемника.

Для подавления такой помехи можно применить схему, сос­тоящую из амплитудного выравнивателя, представляющего собой четырехполюсник с переменным во времени коэффициентом уси­ления, и подключенного на его вход фильтра. В зависимости от амплитуды помехи на входе четырехполюсника его коэффициент усиления изменяется так, чтобы амплитуда помехи на выходе че­тырехполюсника в течение длительности информационного сигна­ла оставалась неизменной.

С выхода амплитудного выравнивателя помеха, теперь уже с постоянной амплитудой, и сигнал поступают на фильтр, согласо­ванный со спектром сигнала.

В целом схема усилителя с переменным коэффициентом уси­ления (амплитудным выравнивателем) и фильтром представля­ют собой согласованный фильтр, коэффициент передачи которого должен строго изменяться обратно пропорционально уровню по­мехи. Создать такой согласованный фильтр довольно трудно, по­этому в средствах радиосвязи для борьбы с импульсными помеха­ми применяют более простые схемы, реализующие способ стира­ния части сигнала, пораженного импульсной помехой. К таким схемам, в частности, относится схема мгновенной автоматической регулировки усиления, которая резко уменьшает усиление прием­ника или даже запирает его на время действия кратковременных импульсных помех.

В заключение данной главы отметим, что приемники, опти­мальные для флуктуационных помех, не являются оптимальными для сосредоточенных по спектру и импульсных помех. Создание оптимальных приемников для борьбы с сосредоточенными и им­пульсными помехами связано с выполнением устройств, автома­тически следящих за помеховой обстановкой и приспосабливаю­щихся к ней. Такие приемники называются адаптивными и они могут быть более эффективными, чем оптимальные приемники, при борьбе с флуктуационными помехами.

 

 

 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Приведите классификацию помех.

2. Дайте общую характеристику  борьбы с  помехами.

3. Что понимается под оптимальной обработкой сигнала в приёмном устройстве?

4. Какие фильтры называют согласованными?

5. В чём сущность корреляционного метода и всегда ли он эффективен?

6. Когда целесообразно применять метод накопления?

7. Назовите методы борьбы с флуктуационными помехами.

8. Нарисуйте структурную схему «идеального» приёмника В.А. Котельникова.

9. Что такое критерий идеального наблюдателя?

10. Какова структура оптимального приёмника на согласованных фильтрах?

11. Поясните основные методы борьбы с сосредоточенными помехами.

12. Нарисуйте схему следящего коррелятора.

13. Приведите основные методы борьбы с импульсными помехами.

14. Почему адаптивные приёмники более эффективны, чем оптимальные приёмники?

 

 

 

Глава 5.

 

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 471; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!