книги / Методы борьбы с помехами в каналах проводной связи

В большинстве случаев защищенность между парами отсимметрированных участков понижается с увеличением частоты, и поэто­ му расчет и измерение ожидаемых уровней линейных переходных влияний производят для верхних по частоте каналов. Исходной для расчета принимают защищенность между парами на одном участке, которая в кабелях 1X4 должна быть не менее (78,2 дБ), а в кабелях 7X 4 — не менее (76,5 дБ) для 80% и не менее 73,0 дБ для 100% измеренных значений. Поскольку распределение фаз напряжений линейных переходных влияний на отдельных участ­ ках случайно,, наиболее вероятное значение общей мощности ли­ нейных переходных влияний длиной магистрали считают равным сумме мощностей переходных влияний на отдельных участках, а результирующую защищенность определяют из выражения ^лпобщ=ЛЛп—101g(T//), где Ллп — защищенность между парами кабеля на одном усилительном участке; L — длина магистрали, км; I — длина усилительного участка, км.

На переприемном участке длиной 2500 км результирующая за­ щищенность составит на кабелях 1X4 (/ при разработке системы К-60П принята равной 10 км) не менее Ллпобщ 78—101g(2500/10)« « 5 5 дБ и на кабелях 7X4 (7=18 к м) — не менее ЛЛпобщ= = 76,5—101g[0,8(2500/18)+0,2(2500/18) 10°-04]« 5 5 дБ, что соответст­ вует нормам на стандартные каналы ТЧ.

На каждом конкретном переприемном участке вероятное зна­ чение результирующей защищенности можно определить из выра­ жения ЛЛпобщ=78—lOlgn, где п — число участков линейного трак­ та, подверженных влиянию. Найденное значение совпадает с из­ меренным при достаточно большом числе п (я> 60). При меньшей длине параллельного пробега не исключено, что измеренные зна­ чения окажутся больше расчетных. В этом случае следует принять в расчет значения защищенности Ллтц, полученные при симметриро­ вании участков, и определить результирующую защищенность для т участков как

Уровень, мощность и напряжение помех за счет линейных перехо­ дов в точке нулевого относительного уровня будут соответственно равны:

31

При математическом описании флуктуационную помеху пред­ ставляют случайной величиной £ /Пф, подчиняющейся нормальному

распределению, которая характеризуется моментом первого поряд-

оо

ка M[VПф]= j* и Пф!о(ит1ф)сШл$= и Пф, выражающим среднее значе-

— 00

ние или постоянную составляющую процесса, равную в данном

случае нулю, и центральным			моментом второго порядка		(диспер-
		00
сией)	/)[{Упф]= J* (^Лхф и Пф)2/о( и пф) й и пф= М{[/2пф]			>и\ф,	выра-
жающим		—оо			случае
		мощность переменной составляющей. В данном
^ 2пф=0,		поэтому £>{1/Пф]= M[U2Пф], а среднеквадратическое			откло­
нение	Опф= У D[UПф]=Упф и		представляет собой	действующее
значение напряжения помех.			В этих формулах величина IC/пф рав­

на мгновенному значению суммы тепловых, линейных и нелиней­ ных помех, а также помех, определяемых попутным потоком, а функция !о(иПф) представляет собой плотность распределения этой величины.

2.2. Селективные помехи в каналах проводной связи

Наличие селективных помех в проводных каналах связи ВЧ си­ стем передачи определяется в основном просачиванием несущих, контрольных и контрольно-измерительных частот. В стандартных каналах ТЧ такие помехи расположены обычно вне нормируемого диапазона частот и не оказывают существенного влияния на ка­ чество передачи информации по этим каналам. Однако при измене­ нии уровня невзвешенных помех в стандартных каналах ТЧ се­ лективные составляющие помех могут оказать-существенное влия­ ние на результат измерений. Поэтому при измерении уровней или напряжений помех в стандартных каналах ТЧ на вход указателя уровня или вольтметра рекомендуется включать измерительный фильтр для подавления помех, находящихся вне нормируемой по­ лосы частот канала. Характеристика измерительного фильтра при­ ведена в табл. 2.2. Результаты измерений, проведенных с помощью

Та б л и д а		2.2
Частота,		кГц	0,05	0,1 0,14 0,2 0,25 0,3 0,8
Относительное			за­
тухание (по отноше­
нию	к	частоте		5 2,6 1,6 1,0 0,9 0
800	Гд), дБ		11

о	О	3,0 —3,4 4,0 4,3
1	* со
		и выше

0,9 1,7 22 36

такого фильтра, незначительно отличаются от ожидаемых значе­ ний флуктуационных помех.

Иная картина имеет место при измерении помех в полосе нор­ мируемых частот первичных широкополосных каналов связи. Ре-

32

зультаты измерений помех в этих каналах значительно превышают ожидаемые значения.

Это объясняется тем, что в полосу частот первичных широко­ полосных каналов, кроме флуктуациоиных помех, могут попадать дополнительные помехи, определяемые просачиванием остатков групповых несущих и контрольно-измерительных частот.

Рассмотрим эти помехи более подробно. Несущая частота, по­ даваемая в групповой преобразователь, балансируется в нем, а не­ сбалансированные остатки, попадающие на выход преобразователя, практически полностью подавляются последующим полосовым фильтром. Однако существует еще прямой переход из цепи пода­ чи несущей частоты на выход панели преобразователя (на выход фильтра). Вследствие большого перепада в уровнях эти переход­ ные токи могут быть обнаружены на выходе группового усилителя передачи. Нормируемый уровень остатка каждой групповой несу­ щей частоты в точке нулевого относительного уровня тракта пере­

дачи составляет — 34,8 дБ.					частот 420,	468 и
Остатки	первичных		групповых несущих
516 кГц рис. 2.1а попадают в полосу частот,					занимаемую	после
<о		X ?	з 4	s
Частоты источников (т) (Ш) (5W)(5бч) (612)
помех	i	_j Первичные групподы>е несущие частоты
300		ш	Ш	600%кГц
6)

(В12)+вторичные групповые несущие часто-^

	300		Ш	soo	_J____ \_____ I_____ i_____ I___
200					600	700	800	900		юоо то кГц
	В)	З-Ч	Помет	2-д	з-п	г)	3 Помехи		5-2
				1		7 + -				Частотыисто*-
Частоты источ-Ш				tic)	JL.				1
								S-i	/Ш )	ников помех
ников помех		|	у-S				(1116)
		60		ЗБ	108кГц	60	68		96	108кГц

Рис. 2.1. Помехи от остаточных продуктов несущих частот:

а) в первичных групповых трактах после первичного преобразования; б) после вторичного преобразования; в) на выходе первичного группового тракта, образо­ ванного во второй ВГ, пятой ПГ; г) на выходе первичного группового тракта, образованного пятой ВГ, четвертой ПГ. Цифры над стрелками показывают но­ мера ПГ н ВГ, являющихся источниками этих помех

преобразования третьей, четвертой и пятой первичными группами в спектре основной вторичной группы 312—552 кГц. После обрат­ ного преобразования на приемной станции (в спектр частот основ­ ной первичной группы 60—Ю8 кГц) остатки этих несущих частот

2—279

33

превратятся в селективные помехи с частотой 96 кГц (516—420 = 96 кГц; 564—468=96 кГц; 612—516=96 кГц). Так как эти помехи попадают в используемый спектр частот при получении основной вторичной группы, то они будут присутствовать во всех широкопо­ лосных каналах, образованных в третьей, четвёртой или пятой первичных группах, независимо от номера используемых вторич­ ной. и третичной групп (рис. 2.16, в, г ) .

В системе К-60, работающей с использованием основного спек­ тра (несущие частоты 420, 516, 564 и 444 кГц), помехи от остатков несущих частот попадают в те же первичные группы. При этом в

третью группу попадет дополнительно остаток	несущей частоты
444 кГц, который вызовет помеху с частотой	72 кГц	(516—444 =
=72 кГц). Частота помехи в пятой первичной	группе будет не 96,
а 72 кГц (444—516 = 72). В случае использования		инверсного

спектра К-60П (несущие частоты 252, 300, 348, 396 и 444 кГц) по­ мехи от остатков несущих частот 348, 396 и 444 кГц будут наблю­ даться в первой, второй и третьей первичных группах. Частота по­ мехи — 96 кГц (252—348 = 96 кГц; 300—396 = 96 кГц; 348—444 = =96 кГц).

Рассмотрим помехи, попадающие в первичные групповые трак­ ты при вторичном преобразовании (на рис. 2.16 на них указывают несимметричные стрелки). Это помехи от остатков вторичных груп­ повых несущих частот, совпадающих по спектру с преобразован­ ной полосой частот какой-либо вторичной группы, и помехи от остатков первичных групповых несущих частот 564 и 612 кГц. Последние поступают на вход каждого преобразователя вторичной группы вместе с основной группой 312—552 кГц, сопровождая ее (см. рис. 2.1а). После преобразования с помощью несущей час­ тоты /1 -й вторичной группы, например четвертой {1364—516(612) = =800(752) кГц], и прохождения через соответствующий полосовой фильтр они попадут, как селективные помехи, в полосу частот, занимаемую соседней (п—1) -й вторичной группой (в нашем приме­ ре третьей вторичной группой, занимающей полосу частот 564— —804 кГц). При этом помеха от частоты 612 кГц будет несколько ослаблена фильтром Д-600, включенным на входе преобразовате­ ля (на величину 2,6—4,35 дБ). На рис. 2.16 эти помехи показаны несимметричными стрелками. В результате обратного преобразова­ ния частот в тракте приема (с помощью несущих частот 1116 и 420 или 468 кГц) на выходе соответствующих первичных группо­ вых трактов будет помеха, с частотой 104 кГц.

Остатки вторичных групповых несущих частот 1116, 1364, 1612 и 1860 кГц, проникающие на выход соответствующих преобразова­ тельных блоков, попадают в спектр частот, занимаемый пятой, шестой или седьмой вторичной группой. Помехи от остатков этих несущих частот можно обнаружить в четвертых первичных груп­ пах указанных вторичных групп, где они преобразуются в селек­ тивную помеху с частотой 68 кГц (рис. 2.1г).

На следующей ступени преобразования добавляются помехи от третичных групповых несущих частот.

34

Очевидно, что остатки вторичных и третичных групповых несу­ щих частот будут вызывать помехи во вторичных групповых трак­ тах. Кроме того, во вторичные групповые тракты попадают помехи от остатков первичных групповых несущих частот 564 и 612 кГц из соседних вторичных групп.

Результаты приведенных расчетов подтверждаются результата­ ми экспериментальных исследований. На рис. 2.2 показаны некото-

		60	108
	Рт =- 338Б		Р7в= -6/д6
		1
60	106	т ш вят ж
		60	106
		Рв Г 65	Pgg*-W /!ef-V ,S J6
w m r w m m .
60	108	60	108
	~3ЗдЬ	■Ред—~ЦО %=--ШГ
ш т - и ' ш ш		60	108
60	108

Рад=-50дБ

60

108

60

108

Рис. 2.2. Спектральные характеристики помех в первичных каналах связи

рые реализации спектральных характеристик помех, действующих в первичных каналах связи ВЧ систем передачи (К-60, К-1920 и др.). Из этих характеристик и табл. 2.3 и 2.4 следует, что распо­ ложение селективных помех на оси частот и их эффективные зна­ чения в различных реализациях неодинаковы.

В энергетическом отношении селективные помехи составляют существенную часть помех, действующих в широкополосных кана­ лах связи, а их влияние на качество передачи различных видов ин­ формации (особенно дискретной информации) определяется мес­ том, которое они занимают на оси частот.

Для статистической оценки влияния селективных помех на ка­ чество передачи можно использовать усредненную спектральную характеристику помех в первичных каналах связи, показанную на

2*

35

•92,5		■48	-4БЭ6		рис. 2.3. Эта характеристика			получена
			-51,966		в результате измерения первичных ши­
					рокополосных каналов различных сис­
	-75				тем передачи.		выражение для
у////*	I				Математическое
					мгновенных значений флуктуационных
60 68 п	' 86	96 ЮЪ 108 f,Kfy			и селективных	помех, действующих в
Рнс. 2.3. Усредненная				спект­	частотноограниченных		каналах связи,
ральная	характеристика			помех
					можно записать	следующим		образом:
Un(t) =	Unф(t) +	Unc(t) — Кф(t)sin [ш0/ -j- 0 (/)] 2				K i sin(<D0 +		Aco^t.
					i=i

Здесь Уф — амплитуды флуктуационных помех; Ус» — амплитуды селективных помех; Асог-=(йсп—а>о — расстройка селективной по­ мехи относительно средней частоты канала; Un<t>(t) и Uuc(t) — мгновенные напряжения флуктуационных и селективных помех;

т ■— начальная фаза помех; п — число селективных помех.

П

Величина £/пс(Ч)= ][] Усг sin coW определяет мгновенное значе-

ние результирующего напряжения селективных помех.				селективных
Суммарное действующее	значение		напряжения
помех, равное среднеквадратическому			отклонению	функции рас­
пределения мгновенных значений		результирующего		напряжения,
определяется формулой £/псд=	1 /	4 г 5	г)» а суммарное дей-

*2 i=i

ствующее значение напряжения флуктуационных и селективных помех UBд= | / и \ ^ + U\cn

2.3.Изменение уровня флуктуационных и селективных помех вр времени

Измерения, проводимые в различных каналах связи [5, 55, 2, 24], показывают, что напряжение помех в этих каналах не остает­ ся постоянным во времени. Изменения вызваны, во-первых, теми же причинами, что и изменения остаточного затухания (см. § 1.3), и связаны с ними статистической зависимостью, которая определя­ ется местом возникновения этих причин.

Во-вторых, существуют причины, которые приводят к изменению напряжения помех, существенно не влияя на напряжение сигнала. К таким причинам можно отнести изменение загрузки систем; из­ менение переходного затухания между параллельно работающими системами; старение элементов линейных усилителей, приводящее к изменению отрицательной обратной связи; влияние внешних ис­

39

точников помех (линий электропередач, электрифицированных же­ лезных дорог, атмосферных явлений, радиостанций и т. д.).

Следовательно, при исследовании напряжения помех в различ­ ных каналах связи мы имеем дело с гауссовым процессом, один из параметров которого — среднеквадратическое отклонение, рав­ ное действующему значению напряжения помех, — изменяется случайным образом. Плотность вероятности такого процесса опре­ деляется следующей формулой [7]:

	1	с	(‘'«-"и)*
/<£/„) =			2tV<> .
	<Л, (<) /2 п

Здесь U„ — математическое ожидание мгновенного напряжения помех, равное в данном случае нулю; Um (t) — среднеквадрати­ ческое отклонение, являющееся случайной функцией времени.

Нестабильность остаточного затухания (усиления) и напряже­ ния помех приводит к нестабильности соотношения сигнал/помеха. В конечном итоге именно соотношение сигнал/помеха h определяет качество передачи различной информации по каналам связи.

Для статистической оценки качества передачи различных видов информации необходимо знать функцию распределения случайной величины — действующего значения напряжения помех /( £ /Пд) или функцию распределения соотношения сигнал/помеха f(h). Так как информация передается на различные расстояния, представ­ ляет интерес определение таких функций для каналов связи раз­ личной протяженности, состоящих из п переприемных участков.

При определении функций f(h) для каналов связи различной протяженности возможны два варианта. Первый заключается в получении функций распределения величины h путем непосредст­ венных измерений каналов связи различной протяженности. Второй вариант заключается в определении функций распределения вели­ чины h для каналов различной протяженности на основе измере­ ний, проведенных в канале фиксированной длины. Второй способ является предпочтительным, так как позволяет получить искомые функции в общем виде и не требует длительных измерений доро­ гостоящих каналов связи большой протяженности.

Методика определения числовых характеристик (математичес­ кого ожидания M[h] и дисперсии D[h]) функции распределения со­ отношения h для каналов с п—1 транзитами приведена в [2].

Математические преобразования, проведенные в предположе­ нии, что канал состоит из п переприемных участков, имеющих одинаковое распределение сигнала и помех, приводят к следующим

формулам для определения величин			и £>[/tn]:
, .	1	Р[Цц1
М{ЛЯ] =	2	APfr/mnl (т-) .		(2.1)
		D[Цщ1

1 + № [tW l

37

D[hnJ= DIM	■ M D nail-D 2[Цщ] /		3	\	D IDnfli)		9 ( n — 1)	+
	+	[ D a g ] D [Р п д г] U		I	№> R /№	]	2 л ’
я1		. . N I^nAi] — D2fknAil				,
		M*[Unm] D iu m ]
И [Dw ]	-	l)
М» [Dim! D [РпдГГ								(2.2)
	[£AIAI]
+ 2 M [t/„Ai] £> [f/nAi]
Выражения (2.1) и (2.2) получены в предположении постоянст­
ва величины	и ся. Вывод формул			для	расчета		величин M{hn) и
D[hn] с учетом нестабильности напряжения сигнала £/сд								показал,
что величина		не зависит от	Ucд, а среднеквадратическое от­

клонение функции распределения соотношения сигнал/помеха мо­ жет быть определено по следующей формуле:

	1	P’4 l^nAl] — D2 l^nAll					0 |У „ Д1]	9 (л— 1)	+
D[hn] =	+						Ма [1/„Д1]	2я’
		4АР [Цщ] D [Цплl]________________(-Н						,
		. .	P’4 l^nAll -- D2 [^nAl]			, 2	P* l^nAi]
			M* [Uw	] D [t/nAil		м [гУпд1] D [UnAl] i “
+	HaHW)			+	№D [Ucn][t/сд] (1+		A42 ll/щд] П
	M [^nAil D 1^пдг1
							D[U„Al)		(2.3)
		+	D[Uc*\ L . АРЩщ И
			AP lC/cA] V		D [Um ] I

где M[UCp\ и ЩЦщЛ — математическое ожидание действующего значения напряжения сигнала и помехи; D[UCд] и Ь|[£/пд] — дис­ персия функции распределения действующих значений напряжения сигнала и помехи.

Исследования показывают [24], что изменение величины Ucд в каналах ТЧ определяется двумя факторами:

1) нестабильностью ВЧ систем передачи на каждом переприемном участке (системной нестабильностью Лас), которая описыва­ ется нормальным законом распределения

	1	Аас
/(А ас)=		2 а *[Д « с]

У2яа [Д ас]

спараметрами М[Дас]= 0 и otAac];

2)нестабильностью индивидуального оборудования каналов ТЧ (канальной нестабильностью), которая описывается равномерным

законом распределения f (Аак) = 1/(2/) (где 21 —- пределы измене­ ния ДПк) с параметрами М[Дак]=0 и о[Дак]=//1/^3.

Суммарное воздействие этих двух факторов приводит к распре­ делению, определяемому композицией двух законов:

38

	-И	( Адн ~ Аак ) а
/(Дан)=	1	2 а 2 f Да	1	, А
	в]'	1	с1	аАОк
21 а [А ас] V 2я
	—I
с параметрами Л4[Дан]= 0		и а[Дан]= у га2[Дас]+г2/3,
Значения о(Дас] зависят от протяженности канала связи и оп­
ределяются как
о [Д ас]ь =	1 04 /Z/2500			(2.4)
при наличии системы АРУ и
о [Д ac]L =	1,48 1/L/2500			(2.5)
при отсутствии системы АРУ.			количества переприемных участков
Значения о)[Дак] зависят от
п и определяются как
<т[Ла„„]=3)/7г:				(2.6)
Величины а[Дпн], рассчитанные в соответствии с ф-лами (2.4) и
(2.6) для	каналов связи	различной протяженности, получаются

весьма значительными. Например, для канала связи протяженно­ стью 12 500 км, состоящего из десяти переприемных участков, ве­ личина а[Дац] составляет 10,7 дБ.

Для примера на рис. 2.4 показаны гистограмма и аппроксими­ рующая ее функция распределения f(Aaa) для канала ТЧ протя-

-Аа,дб	6,7	6,7 МдБ
(
Рис, 2А.	Гистограмма и аппроксимирующая	ее функция

распределения нестабильности остаточного затухания в ка­ нале ТЧ

женностыо 5000 км, содержащего два переприемных участка. Величины а[Дас], а^Дак] и сг[Дан], рассчитанные для этой функции, получились соответственно равными 2,12; 3,9 и 4,45 дБ. Столь большие значения о{Аан] приводят к необходимости рассчитывать величины D[hn] для каналов ТЧ в соответствии с ф-лой (2.3).

39

Рассмотрим нестабильность остаточного усиления широкополос­ ных каналов связи. Естественно предположить, что эта случайная величина, определяемая лишь системной нестабильностью (ввиду отсутствия индивидуального оборудования каналов ТЧ), подчине­ на нормальному закону распределения с математическим ожида­ нием, равным нулю^ и среднеквадратическим отклонением, про­

порциональным Это предположение подтверждается резуль­ татами экспериментальных исследований первичных каналов свя­ зи (рис. 2.5). Представленные кривые, характеризующие плотность

Рис. 2.6. Плотности распределения нестабильности остаточ­ ного затухания в первичных каналах связи

распределения величины Аас первичных каналов связи протяжен­ ностью 2000 (нижняя кривая) и 4000 (верхняя кривая) км, были проверены на соответствие нормальному закону распределения по критерию согласия Пирсона. Результаты проверки показали хоро­ шее согласие. Параметры распределения оказались следующими:

MAeci]=0; 0{Aaci]=l,48 дБ; Af[AaC2]=0; a[AaC2] = 1^2-1,48 дБ.

Таким образом величина £/сд в первичных широкополосных ка­ налах связи изменяется в значительно меньших пределах. Поэтому величины D[hn] для первичных широкополосных каналов связи мо­ гут определяться в соответствии с ф-лой (2.2).

Величины M[hn] и of/in]= У^О[Лп], рассчитанные соответственно по ф-лам (2.1) и (2.2) для первичных широкополосных каналов с числом переприемных участков от одного до шести, приведены в табл. 2.3. В качестве исходных данных взяты результаты измере­ ний первичного широкополосного канала связи системы К-1920

Т а б л и ц а 2.3
п	1	2	3	4	5	6
М [А„]	29,6	19,4	15,2	12,9	11,4	10,3
о [А„]	8,75	4,66	3,04	2,2	1,77	1,44

40