4 Модели каналов связи

Сети ЭВМ базируются на СПД, которая в свою очередь организуется на базе каналов сети связи России.

Канал связисовокупность оборудования и линий связи, которая предоставляет пользователю стандартную электромагнитную среду для передачи сигналов с ограниченной скоростью.

Для передачи дискретных сигналов используются каналы связи, образуемые системами передачи с разделением каналов по частоте или по времени, а также физические цепи проводных линий связи (кабельные, волоконно-оптические и т.д.).

Каналы связи делятся на две группы: непрерывные и дискретные.

4.1 Непрерывный канал

Под непрерывным каналом понимается такой канал, при поступлении на вход которого непрерывного сигнала на его выходе сигнал также будет непрерывным. Непрерывный канал всегда входит в состав дискретного канала.

Примеры непрерывных каналов:

• стандартный канал тональной частоты (СКТЧ), с полосой пропускания 0,33,4 кГц;

• стандартный канал первичной группы (ПГ) с полосой пропускания 60108 кГц;

• стандартный канал вторичной группы (ВГ) с полосой пропускания 312552 кГц;

• физические цепи;

• и другие.

Канал задается комплексной частотной характеристикой [5]:

, (4.1)

где g() — импульсная характеристика канала, представляющая собой реакцию канала на входной сигнал в виде- функции;

|K(j )| = K ()амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) канала;

arg j фазо-частотная характеристика (ФЧХ) канала.

Для идеального канала соnst,  () линейно зависят от частоты

(рис. 4.1).

Рис.4.1АЧХ и ФЧХ идеального (сплошные линии)и реального канала (пунктирные линии)

В практике передачи дискретных сигналов применение находит не ФЧХ, а характеристика величины группового времени замедления (ГВЗ) от частоты:

()=d()/d. (4.2)

Для идеального канала () = соnst, для реального()соnst(рис.4.2).

В реальном канале, кроме линейных (амплитудных и фазовых) искажений, имеют место нелинейные искажения. Кроме того, на выходе канала, наряду с полезным сигналом, присутствуют помехи различной природы. Простейшей моделью реального канала является модель, учитывающая действие только аддитивной помехи (рис. 4.3).

Рис.4.3Простейшая модель непрерывного канала

В этом канале сигнал s´(t) связан с входным сигналом s(t) интегралом

Дюамеля (при условии линейности канала):

(4.3)

Выходной сигнал s´´(t) определяется суммированием сигналов s´(t) с аддитивной (складываемой) помехой(t).

s´´(t)=s´(t)+(t). (4.4)

Более полная модель непрерывного канала должна учитывать другие виды аддитивных помех, а также мультипликативные помехи и нелинейные искажения в канале [5]. Такая модель изображена на рис. 4.4.

Рис.4.4Модель непрерывного канала с аддитивными и мультипликативными помехами

при наличии нелинейных искажений

На рис. 4.4 применены следующие обозначения:

• Х()нелинейный неинерционный четырехполюсник, моделирующий нелинейные искажения в канале;

• t) мультипликативная помеха, закон композиции сигнала s(t) с которой моделируется законом умножения

s*(t) = t)x s(t); (4.5)

• ₁(t) аддитивные гауссовы помехи;

• ₂(t) аддитивные импульсные помехи;

• ₃(t) аддитивные селективные помехи.

Под нелинейными искажениями (в отличие от линейных, рассмотренных выше) понимаются специфические изменения сигнала за счет неидеальности амплитудной характеристики (АХ) канала (рис.4.5). При этом в результате нелинейных искажений на выходе канала появляются частотные составляющие сигнала, не присутствующие в спектре входного сигнала.

Гауссовы шумы (помехи), которые часто называют флуктуационными помехами, присутствуют всегда в канале за счет теплового движения электронов в проводниках и элементов схем оборудования систем передачи информации. Они характеризуются широким спектром частот и высокой “степенью случайности” помехи ₁(t).

Импульсные или сосредоточенные по времени помехи, представляют собой случайную последовательность импульсов, имеющих случайные амплитуды и следующие друг за другом через случайные интервалы времени. Причины появления этих помех: наводки с высоковольтных линий передач на линии связи; грозовые разряды; наводки от высокотоковых промышленных установок и др.

Рис. 4.5Амплитудные характеристики канала: идеаль-

ная - не вносящая нелинейных искажений;

реальная  вносящая нелинейные искажения

при превышении U_вх величины Uвх пор.

Селективные помехи - это сосредоточенные по спектру или гармонические помехи, в простейшем случае представляют собой действие гармонического сигнала одной частоты, в общем случае - узкополосный модулированный сигнал или сумма гармонических сигналов. Причина появления этих помех в канале - влияние радиостанций, других систем передачи в линиях связи.

Кроме перечисленных помех, в непрерывных каналах присутствуют такие как фазовые дрожания (джиттер), которые в большей степени влияют на передачу дискретных сигналов и приводят к значительным искажениям последних.

Под согласованием понимается процесс приведения в соответствие физических характеристик элементов систем передачи информации, соединенных последователь-но.

Согласованию в непрерывных каналах подлежат:

• выходное и входное сопротивления соответственно источника и линии связи;

• мощности сигналов соответственно на выходе источника и на входе канала;

• ширина полосы частот сигнала и экономически выгодной полосы частот передачи в спектральной характеристике линии связи.

Структура непрерывного канала с согласованием по частотному диапазону представлена на рис. 4.6.

На вход непрерывного канала поступает сигнал s(t) (рис.4.7) .

Для согласования источника сигнала с входом линии связи осуществляется модуляция сигналом а(t) переносчика s(t) (гармоническое колебание, на рис. 4.7. не показано).

Рассмотрим характерную спектральную характеристику K() линии связи (рис.4.8).

С технико-экономической точки зрения наиболее выгодная полоса частот для передачи сигналов ₁₂. Полоса частот сигналаa(t) заключена в пределах_н_ви, как правило, не совпадает с₁₂. Задача модулятора М (рис.4.6) заключается в переносе полосы частот_н_вв область полосы частот₁₂.

Наиболее распространенный вид модуляции, применяемый в оборудовании непрерывного (аналогового) канала - амплитудная модуляция. На рис.4.7 показаны формы сигналов в различных точках структуры непрерывного канала (рис.4.6) при амплитудной модуляции в модуляторе (М) и демодуляторе (ДМ). Задачей ДМ является перенос спектра сигнала из области частот ₁₂в полосу_н_в.