книги / Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи

протяженностью 2000 км в точке нулевого уровня: £/сд= 470 мВ; £/пд= 17,9 мВ; о{£/Пд1=6,4 мВ. Входящие в выражение (2.2) центри­ рованные моменты функции f(U uд) третьего и четвертого порядков были определены на основе экспериментальных данных:

k

й> = m 1 ] (Уш, “ ^

1=1

я

где яг — число полученных значений Ua& k — число интервалов, на которые разбивается вся совокупность полученных значений слу­ чайной величины U„д.

Плотности распределения соотношения сигнал/помеха, получен­ ные в результате эксперимента для первичных широкополосных каналов системы К-1920 протяженностью 2000 и 4000 км, показаны на рис. 2.6. Эти функции были про­

		верены на соответствие нормально­
		му закону	распределения с помо­
		щью критерия согласия		Пирсона.
	\4000нм	Результаты	проверки	показали
0,2	Г	хорошее	согласие.	Числовые

	/
	Y \ 2000км
	_ L А
	и
0,1	\

6 12 2k 36 43 UrfUn

Рис. 2.6. Некоторые реализации плотности распределения соот­ ношения сигнал/помеха в пер­ вичных каналах

Рис. 2.7. Изменение отноше­ ния o[h]!M[h] в зависимости

от протяженности первич­ ных каналов связи

характеристики функций получились следующими: /W[Ai]=30; of/ii]=8; M[hA=20; a[h^=4,67. Эти результаты хорошо согласуются с аналогичными величинами, полученными расчетным путем (табл. 2.5).

Возможность аппроксимации экспериментальных функций рас­ пределения нормальным законом позволяет сделать вывод о том, что функции распределения случайной величины соотношения сигиал/помеха для каналов, состоящих из п переприемных участков, также могут быть аппроксимированы нормальным законом рас­ пределения. Числовые характеристики этого закона рассчитывают­ ся с помощью ф-л (2.1) и (2.2).

41

Величины M[hn] и о[hn] могут в каждом конкретном случае при­ нимать различные значения, однако соотношение между ними, определяемое протяженностью канала связи, остается относитель­ но постоянным. Изменение отношения o(/tfi]/Af[ftn] в зависимости от протяженности первичных каналов связи показано на рис. 2.7.

Представление об изменении значения помех в каналах ТЧ раз­ личной протяженности можно получить при рассмотрении рис. 2.8

Рис. 2.8. Гистограмма распределе-	Рис. 2.9. Гистограмма распределения
ния уровней (напряжения помех в	уровней 'напряжения помех в канале
канале ТЧ протяженностью 9000 км	ТЧ протяженностью >1>2 ООО км

и 2.9. На этих рисунках показаны гистограммы распределения уровней эффективного напряжения помех соответственно для ка­ нала ТЧ протяженностью 9000 км (11 переприемных участков) и канала ТЧ протяженностью 12000 км (16 переприемных участков), организованных в ВЧ системах передачи, работающих по кабель­ ным линиям связи. Измерения проводились в точке с измеритель­ ным уровнем, равным +4,35 дБ.

/

Г Л А В А 3

И М П У Л Ь С Н Ы Е П О М Е Х И

3.1. Причины возникновения импульсных помех

Первые представления о характере аддитивных помех можпо получить с помощью телефона, включенного на выход канала, сво­ бодного от передачи информации. Пользуясь описательной терми­ нологией, приведенной в [24], прослушиваемые помехи по слухово­ му восприятию и по величине мгновенных значений напряжения можно разделить на три группы: 1)шум, свист, гудки, вызовы; 2) внятные и невнятные разговоры; 3) щелчки, трески. Для каждой из трех групп характерен свой диапазон изменения мгновенных значений наблюдаемых напряжений. На рис. 3.1 изображены диа-

Рис. 3.4. Диапазоны изменения на­ пряжения помех, относящихся к раз­ личным группам

пазоны изменения напряжений на выходе канала ТЧ (точка с уров­ нем 4,34дБ), граничные значения которых не превышаются с ве­ роятностью 0,9.

Свист, гудки, сигналы вызова, внятный и невнятный разговоры определяются недостаточной величиной переходного затухания между каналами одной системы и параллельных систем, повышен­ ной нелинейностью или перегрузкой усилителей. Щелчки, трески, отнесенные к третьей группе, обусловлены действием импульсных помех.

Многообразием источников помех обусловливается не только большой разброс в значениях напряжения помех на выходе кана­ ла ТЧ, но и различие их формы. На рис. 3.2 приведены наиболее характерные осциллограммы помех, наблюдаемых на выходе кана­ ла ТЧ.

Для помех первой группы характерно наличие теплового шума, на фойе которого время от времени появляются синусоидальные

43

Исследования показали [25, 24], что импульсные помехи появ­ ляются одновременно в каналах одной группы и различных групп одной ВЧ системы передачи. При этом в два исследуемых канала включились приборы, регистрирующие как импульсные помехи в каждом из каналов, так и события одновременного их появления. В качестве исследуемых выбирались соседние каналы ТЧ и разне­ сенные по спектру. Порог регистрации импульсных помех выбирал­ ся в диапазоне 200—400 мВ в точке с относительным уровнем 4,34 дБ.

Степень совпадения импульсных помех в разных каналах ТЧ оценивалась с помощью коэффициента совпадений: /е'=яо(Л|+ +П2)!(2 п1П2), где tii — число импульсных помех, зарегистрирован­ ных в первом канале; я2 — число импульсных помех, зарегистриро­ ванных во втором канале; щ — число импульсных помех, зарегист­ рированных в первом и втором каналах одновременно. Коэффици­ ент совпадений может изменяться в пределах 0 ^ /с '^ 1 , но иссле­ дования показывают, что значения к' составляют 0,8—0,9. Следует отметить, что имевшие место незначительные погрешности измере­ ния лишь уменьшали величину к '.

Из приведенных результатов видно, что источники импульсных помех сосредоточены в основном в линейных трактах ВЧ систем передачи.

Связь между моментами возникновения импульсных помех в различных каналах ТЧ одной системы передачи может быть ис­ пользована для оценки качества каналов. Кроме того, наличие та­ кой связи нужно учитывать при выборе каналов в системах переда­ чи с параллельной работой по двум или нескольким каналам, а также при организации резервных каналов.

Появление импульсных помех могут вызвать следующие при­ чины (25, 24]:

1.Перегрузки ВЧ систем передачи. Измерения показали, что перегрузки линейных усилителей тракта не приводят к возникно­ вению импульсных помех большой амплитуды. Однако перегруз­ ки усилителей вызывают увеличение интенсивности помех, которые могут быть отнесены ко второй группе.

2.Кратковременные перерывы в линейном тракте. Проведен­ ные расчеты [24] и экспериментальная проверка гипотезы о том, что кратковременные перерывы, возникающие в линейном тракте, яв­ ляются причиной возникновения импульсных помех [17], подтверди­ ли ее справедливость. Однако амплитуда импульсной помехи в этом случае с большой вероятностью не превышает уровня сигна­ ла передачи данных.

3.Перерывы в цепях питания. Расчет и экспериментальные ис­ следования [2] импульсных помех, вызванных плохими контактами

вцепях питания ВЧ системы передачи, показывают, что на выхо­ де канала ТЧ и первичной группы их амплитуды могут более чем на порядок превышать уровень сигнала передачи данных.

4.Грозовые разряды. Эксперименты, проведенные с помощью прибора, имитирующего наводимое грозой напряжение, показали,

45

'что импульсные помехи в этом случае могут иметь значительную •амплитуду. Например, импульс, вызванный действием грозы с ам­ плитудой 2,5 В на выходе кабеля связи и длительностью 50 мкс,

.вызывает импульсную помеху амплитудой до 860 мВ.

5.Подключение измерительных приборов. При небрежном под­ ключении измерительной аппаратуры возникают импульсные по­ мехи значительной амплитуды. Например, параллельное подклю­ чение измерительных приборов через экранированную дужку к гнездам линейного и группового трактов приводит к появлению им­ пульсных помех на выходе канала ТЧ с амплитудой до 800 мВ (в зависимости от места и характера включения). Это связано чаще всего с касанием вилки шнура и экрана дужки (старая конструк­ ция экранированной дужки).

6.Эксплуатационные переключения. Импульсные помехи воз­ никают при переключениях различного рода, производимых в ап­ паратуре в процессе эксплуатации. Значительных значений импуль­ сные помехи достигают при переключениях генераторного оборудо­ вания при ручном переключении в цепях АРУ (аппаратура К-24) из-за конструктивных недостатков схемы, а также при переключе­ ниях РУН анода, питающего стойки генераторного оборудования СНК и СГНК. Так, при переключении генераторного оборудования

в канале ТЧ возникают импульсные помехи с амплитудой до 900 мВ в точке с относительным уровнем 4,34 дБ.

7.Замена ламп. Введенный порядок замены ламп на усилите­ лях без резервирования предусматривает замену только при за­ крытии связей. Однако наблюдаются случаи нарушения этого по­ рядка, что приводит к появлению импульсных помех.

8.Снижение переходного затухания. При снижении переход­ ного затухания между системами ВЧ передачи в одном кабеле до 43 дБ (при норме 61 дБ) в одноименных каналах параллельных си­ стем возникают импульсные помехи за счет передачи сигналов по­ вышенной мощности.

9.Неисправности усилительного оборудования. Импульсные по­ мехи возникают в случае пробоя промежутка накал—катод в лам­ пах 6Ж1П усилителей аппаратуры К-24 и К-60 из-за превышения допустимого напряжения.

10.Отсутствие развязок в цепях электропитания. Этот источ­ ник импульсных помех имеет место при питании радиорелейных линий связи непосредственно от сети переменного тока без исполь­ зования рекомендованных машинных агрегатов, развязывающих цепи питания аппаратуры и внешней сети. При этом импульсные помехи возникают за счет толчков напряжения и при действии внешних помех.

11.Проведение различного рода настроечных и профилакти­ ческих работ. Практика показывает, что проведение целого ряда работ на действующей магистрали сопровождается большим коли­ чеством импульсных помех. К таким работам, прежде всего, отно­ сятся:

46

—работы по реконструкции и уплотнению действующих ма~ гистралей, в частности, симметрирование кабеля на параллельныхпарах;

—работы, связанные с механической профилактикой оборудо­ вания во время работы связей;

—работы, связанные с синхронизацией генераторного оборудо­

вания.

Измерения, проведенные с помощью прибора АУИП (см. § 8J2), показывают, что число импульсных помех, возникающих на раз­ личных участках магистрали, неодинаково. На рис. 3.3 приведены

р

п

о г= j * «г

п

0,5

1

п

о/-

1 2 3 4 5 п

р Л

0,5

/ 2 J 4 5 П

Рис. 3.3. Гистограмма суточных распределений частости появ­ ления импульсных помех на отдельных участках магистрали;

I, 2, .... 8 — порядковые номера суток

гистограммы суточного распределения частоты появления импульс­ ных помех на отдельных участках магистрали. Гистограммы по­ строены на основании измерений, проведенных в канале ТЧ, со­ стоящем из шести переприемных участков. Гистограммы показы­ вают, что импульсные помехи распределены по магистрали нерав­ номерно и участки с наибольшей интенсивностью возникновения импульсных помех «перемещаются», хотя наблюдается некоторая устойчивость распределения на протяжении нескольких суток. Следует обратить внимание на значительную «неравномерность» гистограмм, что указывает на наличие одного участка, определяю­ щего интенсивность потока импульсных помех в канале. Еще боль­ ше эта «неравномерность» выражается при построении аналогич­ ных гистограмм для отрезков времени, отведенных нормами для оценки качества канала (15 мин, 1 ч). Гистограмма, построенная по полному объему измерений (около 300 ч), показывает некото­ рую тенденцию к «выравниванию» этого распределения (рис. 3.4).

47

Следует отметить и тот факт, что «неравномерность» рассмат­ риваемого распределения тем больше, чем больше интенсивность потока импульсных помех. Проведенные испытания показали, что мощные пачки импульсных помех возникают как следствие дея­ тельности обслуживающего персонала магистрали. Подавляющее

Из

иг

0,1

о

Рис. 3.4. Гистограмма распределения помех на от­ дельных участках магистрали (по полному объему измерений)

большинство импульсных помех, зарегистрированных в течение нескольких часов, возникает на одном участке магистрали и опре­ деляется одним или несколькими источниками, расположенными в месте деятельности обслуживающего персонала. Значительное уве­ личение интенсивности потока импульсных помех было отмечено в периоды проведения работ по симметрированию, настройке генера­ торного оборудования, смене ламп и чистке аппаратуры.

На основании .изложенного можно сделать следующие выводы:

1.Большинство источников импульсных помех сосредоточено в линейном тракте ВЧ систем передачи.

2.В основном появление импульсных помех связано с дейст­ виями обслуживающего персонала, дефектами и конструктивными особенностями ВЧ систем передачи.

3.За периоды времени, составляющие несколько часов, на ка­ налах большой протяженности определяющим является один учас­ ток магистрали, на котором сосредоточен один или несколько ис­ точников импульсных помех.

3.2.Форма импульсной помехи

При расчетах вероятности ошибки в канале передачи данных, при построении контрольно-измерительной аппаратуры и при реше­ нии целого ряда вопросов, Связанных с определением источников импульсных помех, важную роль играет значение временной функции, импульсной помехи, т. е. ее формы.

Поскольку основные источники импульсных помех сосредоточе­ ны в линейном тракте ВЧ систем передачи (см. § 3.1) и спектр импульсного воздействия значительно шире рабочего спектра пер­ вичного широкополосного канала и тем более канала ТЧ, следует предположить, что спектральная плотность импульсного воздейст­ вия в пределах полосы пропускания этих каналов равномерна. По­ этому можно считать, что реакция канала на импульсное воздейст­

48

вие аналогична реакции канала на короткий импульс — дельта­ функцию, которая записывается в виде

U{t) = А 6 (*),

(3.1)

где А — энергия импульсного воздействия. При —оо^со^со спектральная плотность дельта-функции может быть записана в виде

$8 (в.) = А.	(3.2)
Это подтверждается экспериментально в целом	ряде работ [2,
22, 24].

Форма импульсной помехи на выходе канала связи зависит от относительной ширины рабочей полосы частот канала. Стандарт­ ные каналы ТЧ и первичные широкополосные каналы отличаются не только абсолютной шириной рабочей полосы частот, но и отно­ шением (Ов/<0ш где сов и сон — верхняя и нижняя граничные частоты

канала соответственно. Для стандартных	каналов ТЧ		сйв/о)н=
= 10,3, а для первичных широкополосных	каналов	сов/сон= 1,8, по­
этому формы импульсных помех на выходе этих		каналов	будут
иметь различный вид.

Рассчитаем форму импульсных помех на выходе первичного ши­ рокополосного канала и канала ТЧ. При расчетах будем считать частотные характеристики каналов идеальными. Тогда канал свя­ зи описывается коэффициентом передачи:

/С(о>)= К0е Ф*	при о)0—
	(3.3)
К (й>)=0	при ©0 — ^ >(0 > 0 О+ Y ,

где 0О= ('сйв+«)н)/2 —средняя угловая частота пропускания кана­ ла; •А0=0В—'0н — полоса пропускания канала.

Форму и параметры импульсной помехи на выходе канала мож­ но определить с помощью преобразования Фурье:

0 - 5 Г J 5 И е ,ш<d(D.	(3.4)
—СО

Произведя вычисление выражения (3.4) с учетом (3.3) и (3.2), по­ лучим для первичного широкополосного канала

sin —

£ /(< )= — АК„ Д<в

31 А

2

t

cos (и. t + 0),

(3.5)

где 0 — параметр, учитывающий начальную фазу несущих частот преобразователей. Анализ этого выражения показывает, что мак­ симальная амплитуда импульсной помехи на выходе первичного широкополосного канала почти не зависит от начальных фаз ие-

49

сущих частот. Форма импульсной помехи иа выходе первичного широкополосного канала приведена на рис. 3.5а.

й) П

Рис. 3.5. Расчетные формы импульсных помех:

а) первичный широкополосный канал; б) и в) стан­ дартный канал ТЧ

Произведем аналогичный расчет формы импульсной помехи на выходе канала ТЧ. Вычисление интеграла (3.4) дает следующее выражение:

U(()=	A	cos (k < 0 +		9) — ю°	- * ) - si" (< - к)	+
+	—	sin	+	0)	с°5Ин« - А )	(3.6)
	4я				it — k

50