Лекция. Каналообразующие системы и передача сигналов

Цель лекции: Принцип регенерации сигналов. Виды помех и искажении. Коррекция межсимвольных искажений

Содержание:

-помехоустойчивость регенератора;

- межсимвольные искажения.

Регенераторы выполняют три основные функции: корректирование формы принимаемых импульсов, хронирование (восстановление временных интервалов) и собственно регенерацию.

Это функциональное деление отражено на рисунке 29.1, где представлена структурная схема одного регенерационного участка.

В данном случае предполагается, что импульсная последовательность на выходе предыдущего регенератора (точка 1 на рисунке) состоит из серии положительных и отрицательных импульсов и пробелов. Импульсы, появляющиеся на входе данного регенератора (точка 2), искажены как из-за передачи по кабелю, так и в результате воздействия помех. С помощью корректирующего усилителя исправляется форма импульсов и увеличиваются амплитуды импульсов до величин, обеспечивающих возможность принятия решения о наличии или отсутствии импульса. Окончательное восстановление импульсной последовательности производится с помощью операций хронирования и регенерации, осуществляемых одновременно. Регенерация импульса возможна только в тот момент времени, когда сумма амплитуд принимаемого импульса и помехи в точке З (точке решения регенератора ТРР) превышает уровень решения (порог) и когда сигнал на выходе канала выделения хронирующего сигнала (точка 4) имеет заданную амплитуду и полярность (момент решения). Хронирующий сигнал обеспечивает, во-первых, дискретизацию скорректированных импульсов в моменты времени, характеризующиеся максимальной величиной отношения сигнал/помеха, и, во-вторых, поддержание надлежащей расстановки импульсов во времени. В идеальном случае восстановленная импульсная последовательность на выходе регенератора (точка 5) будет являться точной копией импульсной последовательности в точке 1. На практике восстановленная последовательность импульсов может отличаться от исходной. Во-первых, если помеха в момент решения имеет достаточно большую амплитуду, то может быть принято неправильное решение, в результате чего появится ошибка.

Помехоустойчивость регенератора. Качество передачи цифровых сигналов, прежде всего, определяется безошибочностью принятой информации. Ошибки на приеме возникают из-за помех, изменяющих форму сигнала так, что регенератор не может с достоверностью установить его истинное значение (в предельном случае — идентифицировать «1» и «0»). На сигналы воздействуют помехи трех типов: линейные, собственные и интерференционные (межсимвольные).

Рисунок 29.1 Структурная схема участка регенерации

Межсимвольные помехи иногда называют межсимвольными искажениями. Линейные помехи (помехи от линейных переходов) — результат воздействия параллельно работающих систем передачи. Их значение определяется переходными затуханиями в кабеле и количеством параллельно работающих систем передачи. Спектр этих помех неравномерен — близок к спектру линейного сигнала.

Рассмотрим механизм воздействия межсимвольных помех на примере передачи сигналов по кабелю с металлическими парами. Такие кабели являются распределенными системами и характеризуются четырьмя первичными параметрами (отнесенными к одному километру длины кабеля): сопротивлением проводов R, емкостью между проводами C, индуктивностью проводов L и проводимостью изоляции G. для анализа в первом приближении достаточно учесть первые два параметра, в результате чего кабельный участок длиной 1 км моделируется простейшим фильтром нижних частот (рис. 5.2,а) с постоянной времени τв =Rл Cл причем, Rл = I R и Сл = IС. Тогда uвых = uвх(1 — е-t/τв). Форма прямоугольного импульса приобретает вид, показанный на рис. 29.2. «Хвост» импульса является помехой для последующего. Эта межсимвольная помеха является помехой 1 рода.

Если учесть все четыре параметра кабеля и то, что они распределенные, форма искаженного импульса оказывается близка к гауссовой, причем по мере увеличения длины кабельного участка растет τв и, следовательно, высота импульса становится меньше, а длительность больше (рис. 29.3). Но в любом случае помехи 1 рода, определяемые небольшой постоянной τв действуют лишь на ближайший импульс.

На рисунке 29.4 показано взаимное влияние импульсов при искажениях 1 рода и наложение на эти импульсы флуктуационной помехи (степень затенения условно показывает плотность вероятности мгновенных значений помехи).

Рисунок 29.2. Форма импульса при прохождении через ФНЧ

Рисунок 29.3. Влияние кабельного участка на форму прямоугольного импульса

Рисунок 29.4 Сложение флуктуационных помех и межсимвольных помех I рода

В оптической системы связи (ОСС) — аналогичную роль играют разделительные конденсаторы электрической части трактов. Если в тракте разделительный конденсатор, или τн = L1/(Rc||Rн), если в тракт включен линейный трансформатор с индуктивностью первичной обмотки, равной L1 (рисунке 29.5,а,б). В этих формулах Rc и Rн сопротивления источника сигнала и нагрузки рассматриваемой цепи соответственно.

Качество передачи цифровых сигналов, прежде всего, определяется безошибочностью принятой информации. Ошибки на приеме возникают из-за помех, изменяющих форму сигнала так, что регенератор не может с достоверностью установить его истинное значение (в предельном случае — идентифицировать «1» и «0»). На сигналы воздействуют помехи трех типов: линейные, собственные и интерференционные (межсимвольные). Тогда uвых = uвх е-t/τн и форма прямоугольного импульса приобретает вид, показанный на рисунке 29.5,в. Поскольку τв << τн, искажения 2 рода гораздо опаснее, так как влияние данного импульса распространяется на многие последующие такты. На рисунке 29.6 показано влияние межсимвольных помех II рода на сигналы с высокой (рисунке 29.6,а) и низкой плотностью (рисунке 29.6,б) единиц.

Рисунок 29.5 Форма импульса при прохождении через ФВЧ

Рисунок 29.6. Искажения II рода при высокой (а), низкой плотности единиц.

Межсимвольные искажения могут быть значительно уменьшены, если осуществить коррекцию амплитудно-частотной и фазовой характеристик (АЧХ и ФХ) тракта. Коррекция АЧХ и ФХ тракта осуществляется корректирующим усилителем регенератора в области высоких частот, т.е. ослабляет лишь помехи 1 рода. Коррекция в области низких частот неэффективна, поэтому межсимвольные помехи 2 рода ослабляются посредством выбора такого линейного кода, у которого низкочастотные составляющие спектра невелики В общем случае коррекция АЧХ и ФХ предполагает расширение полосы пропускания тракта до бесконечно высокой частоты. Однако при этом неограниченно снижается защищенность регенератора от собственных помех, поскольку для них характерно равномерное спектральное распределение, в то время как основная энергия сигнала сосредоточена в относительно узкой полосе частот. Таким образом, требования к корректору с точки зрения подавления межсимвольных искажений и собственных помех противоречивы.