5.6 Регенерация цифрового сигнала в ретрансляторах

П ри передаче на большие расстояния сигнал может быть ослаблен настолько, что прием становится невозможным. Чтобы избежать этого, на определенных расстояниях вдоль линии связи (3…5 км при передаче по медному кабелю, 40…60 км в радиорелейной линии) устанавливают промежуточные пункты, в которых производится восстановление ослабленного сигнала.

Используются два режима обработки принимаемого цифрового сигнала в таком ретрансляторе:

1) обычное усиление до того уровня, который этот сигнал имел на выходе предыдущего ретранслятора;

2) усиление, демодуляция каждого принятого импульса, то есть вынесение решения о том, какое именно значение символа передается, и формирование импульса правильной формы в соответствии с принятым решением (только в этом режиме, строго говоря, производится регенерация сигнала).

В первом режиме при передаче сигнала вдоль линии в нем накапливаются шумы, вносимые каждым из ретрансляторов. В итоге на выходе N-пролетной линии отношение сигнал/шум по энергии оказывается в N раз меньше того, что было бы при передаче по более короткой, однопролетной линии

.

(5.26)

Естественно, это влечет увеличение битовой вероятности ошибки в пункте приема.

Во втором режиме шумы не накапливаются ( ), но зато накапливаются ошибки, иногда возникающие в ретрансляторах при демодуляции (вынесении решений).

Итак, при увеличении длины линии помехоустойчивость передачи в обоих случаях ухудшается, вопрос лишь в том, насколько быстро. В качестве примера вычислим BER для некогерентной двухпролетной СПИ, использующей ортогональные сигналы.

По формуле (5.18) находим BER для одного пролета , тогда на выходе линии без регенерации имеем .

На выходе линии с регенерацией сигнала ошибка происходит в одном из двух случаев:

1) ошибка при передаче на первом пролете, на втором ошибки нет;

2) ошибка при передаче на втором пролете, на первом ошибки нет.

В итоге для BER получим . Обычно СПИ работает в условиях, когда p₁<<1. Тогда величина BER при использовании регенерации примерно в раз меньше, чем в системе без регенерации, причем разница тем существенней, чем больше отношение сигнал/шум.

Мы рассмотрели пример регенерации сигнала на низшем, первом уровне – уровне “модуляции-демодуляции”. Если в СПИ применяется помехоустойчивое кодирование, то возможна регенерация сигнала еще и на втором уровне “кодирования-декодирования”, что дополнительно повышает помехоустойчивость СПИ.

В аналоговых СПИ регенерация сигнала невозможна. Если в цифровой СПИ в большинстве случаев удается точно воспроизвести значения переданного сигнала, то в аналоговой СПИ из-за воздействия помех при демодуляции принятого сигнала ошибки, пусть малые, происходят всегда. Вследствие этого регенерировать, то есть воспроизвести неискаженный сигнал не удается.

Возможность регенерации сигнала – это огромное преимущество цифровых методов передачи перед аналоговыми.

Отметим, что платой за это преимущество является повышение стоимости линии передачи. Поэтому при передаче по медному кабелю на один обслуживаемый регенерационный пункт приходится 20…40 обычных усилительных пункта (их называют необслуживаемыми регенерационными пунктами).