4.6 Шумы и помехи в цифровых системах передачи

В ЦСП на передачу информации влияют те же виды шумов и помех, что и в аналоговых системах (см. раздел3): тепловые и дробовые шумы, переходные помехи в многопарных электрических кабелях, атмосферные и промышленные помехи. Специфика ЦСП заключается в том, что роль нелинейных помех, очень существенных в АСП, здесь практически сводится к нулю, так как при временном разделении каналов одновременное существование сигналов различных частот исключается.

Вместе с тем в ЦСП появляются новые виды шумов и помех, которые необходимо учитывать. К таким дополнительным шумам относятся шумы дискретизации, шумы квантования, шумы незагруженного канала, шумы ограничения и дополнительные переходные помехи, связанные с искажением формы импульсов принимаемых сигналов.

В результате дискретизации мы получаем сигнал с АИМ. Система с АИМ преобразуется в систему с ИКМ, если добавить АЦП на передающей стороне и ЦАП на приемной. Процессы дискретизации и квантования изображены на рисунках 4.50 а, б.

На рисунке 4.50, а рабочая точка характеристики (первый выходной отсчет – 000) совпадает с нулевым значением входного сигнала. Максимальная погрешность квантования равна ₀.

На рисунке 4.50, б первый отсчет 001 принимается при значениях входного сигнала, колеблющихся в диапазоне 0 –  вокруг значения 0,5. Аналогично все последующие отсчеты привязаны к точкам 1.5, 2.5 и т.д. Максимальная погрешность квантования здесь равна /2.

4.6.1 Шумы дискретизации

Если при дискретизации и передаче расстояния между отсчетами становятся не одинаковыми, то будут появляться шумы дискретизации, т.е. шумы неравномерности временных отсчетов:

_д + _i . (4.5)

Величина _i на каждом шаге есть случайная величина.

Следствием этого будет изменение формы принимаемого сигнала, потому что выходные отсчеты будут смещены во времени по отношению к исходным. Приведенный ниже рисунок 4.51 иллюстрирует этот процесс изменения сигнала.

Рисунок 4.51 – Изменение формы принимаемого сигнала в связи

со случайным отклонением

Основные причины нестабильности _д:

1. нестабильность частоты задающего тактового генератора;

2. случайные изменения времени задержки в тракте передачи (линиях связи, регенераторах и т.п.). Это явление называют джиттером, или фазовым дрожанием, или фазовым шумом.

Поскольку эти два источника фазового шума независимы, то два случайных процесса не коррелированы и их влияние можно оценить с помощью энергетических характеристик: дисперсии и мощности шума.

Если отклонение _д за счет нестабильности тактового генератора обозначить через _{r n}, а за счет фазового дрожания  _фn, то при условии _n << _д мощность шумов дискретизации можно записать через мощность шумов нестабильности генератора Р_{ш г} и мощности шумов фазового дрожания Р_{ш ф}:

Р_{ш д} = Р_{ш г} + Р_{ш ф} . (4.7)

Поскольку мощность шума случайного процесса есть дисперсия, то для левой части можно записать:

Р_{ш д} = , (4.8)

где – дисперсия отклонения выходного сигнала S от входного.

Для правой части

Р_{ш г} + Р_{ш ф} = = а² + b². (4.9)

Приравнивая (4.6.3) и (4.6.4), получим уравнение для расчета шумов дискретизации

, (4.10)

где множитель ² появился при строгом статистическом расчете.

Из (4.6.5) находится выражение для защищенности от шумов дискретизации

А_{ш д}  10lg[² (а² + b²)]^–1 . (4.11)

Зная a и b, можно найти мощность шумов дискретизации и наоборот, задаваясь защищенностью А_шд, можно найти требования к джиттеру и требования к тактовой стабильности генератора.

Так, для основного цифрового канала (V = 64 кбит/с, =125 мкс) можно оценить 810 нс при А_шд в канале = 34 дБ.