4.3. Накопление помех в цифровом линейном тракте

Нормирование помех в ЦЛТ. Неверная регенерация символов в регенераторе приводит к появлению ошибки в линейном цифро­вом сигнале, в результате чего искажается форма сигнала на вы­ходе ФНЧ приемника канала цифровой системы. На выходе де­кодера ошибка искажает закон изменения амплитуд импульсов сигнала АИМ-2, что вызывает появление на выходе ФНЧ выбросов тока, воспринимаемых в виде щелчков в канале ТЧ. Эксперимен­тальные исследования показали, что щелчки наиболее заметны при ошибочной регенерации одного из двух символов старших разря­дов кодовой комбинации, так как в этом случае разница между уровнями АИМ сигналов на выходе декодера для верной и оши­бочной кодовых комбинаций велика и вызывает на выходе ФНЧ достаточно большой по величине выброс тока. По существующим нормам удовлетворительное качество канала обеспечивается при наличии не более одного щелчка в минуту.

При частоте дискретизации /д=8 кГц, что соответствует пере­даче по каждому каналу 8-10³-60 = 4,8-10⁵ кодовых комбинаций/ мин, допустим ошибочный прием одного из 2-4,8-10⁵ символов/мин. При равной вероятности ошибочного приема любого разряда ко­довой комбинации вероятность ошибочного приема разряда для всего линейного тракта должна удовлетворять условию

р_ош < 1/(9,6 • 10⁵)« Ю-⁶.

При передаче телевизионных сигналов по линейному тракту ЦСП ошибка при регенерации двух-трех старших разрядов кодо­вой комбинации приводит к искажениям принимаемого сигнала, воспринимаемых в виде мерцающих светлых и темных точек на экране.

Достаточное качество изображения обеспечивается при появле­нии точек не чаще 1 раза в секунду. При принятой в СССР скоро­сти передачи сигнала изображения 103104 кбит/с и числе разря­дов в кодовой комбинации т = 8 вероятность ошибки не должна превышать р_ош= (8/103104-10⁶) «3,9- Ю-⁸.

Таким образом, для передачи телевизионных сигналов требует­ся более высокая верность в линейном тракте, чем для передачи телефонных сигналов. Поэтому в ЦЛТ, предназначенных для пе­редачи сигналов телевидения, применяют способы защиты от оши­бок, позволяющие уменьшить заметность возникающих искажений (например, скремблирование).

Ошибочная регенерация символов линейного сигнала при нали­чии в составе сигнала цифровых потоков, сформированных из стан­дартных частотных групп (ИКМ и ЧРК), приводит к искажению сигналов в каждом из входящих в группу каналов. На выходе каналов ТЧ группы эти искажения воспринимаются в виде шума с практически равномерным энергетическим спектром.

При вероятности ошибки в линейном тракте р₀ш=Ю^_6 мощность помех в канале ТЧ не превышает 300 пВт псоф. Следовательно, при обеспечении норм на вероятность ошибки в линейном тракте ЦСП с большим запасом выполняются нормы на мощность шумов в каналах ТЧ, входящих в состав стандартных частотных групп.

Кроме ошибок регенераторы вносят в цифровой линейный сиг­нал фазовые флуктуации, представляющие собой неверно восста­новленное временные положения символов кодовых комбинаций. Неправильное восстановление временных соотношений в цифровом сигнале на выходе регенератора связано с непостоянством времен­ного положения импульсов тактовой синхронизации, называемым фазовым дрожанием. Фазовые дрожания импульсов такто­вой синхронизации вызывают фазовые дрожания символов цифро­вого сигнала.

Обычно фазовые дрожания разделяют на систематические и не­систематические. Систематическое дрожание вызывается случай­ной скважностью цифрового линейного сигнала, расстройкой фильт­ров выделителей тактовой частоты, межсимвольной интерферен­цией и т. д. Несистематическое дрожание вызывается воздействи­ем помех на выделитель тактовой частоты. При систематическом фазовом дрожании во всех регенераторах линейного тракта воз­никают однотипные искажения временных соотношений- в цифро­вом сигнале всех регенераторов. Например, увеличение числа про­белов между двумя импульсами линейного сигнала приводит к смещению временных положений тактовых импульсов в одну и ту же сторону во всех регенераторах. Фазовые дрожания импульсов тактовой синхронизации относительно номинального временного положения могут быть как высокочастотными, так и низкочастот­ными.

Фазовые дрожания вызывают двоякое воздействие на качество цифровой передачи. Первый вид воздействия вызывает рост веро­ятности ошибки в одиночном регенераторе и в цифровом линей­ном тракте в целом. Связано это с тем, что в процессе регенерации за счет фазового дрожания импульсов тактовой синхронизации смещается момент принятия решения регенератором относительно центра сигнала (глаз-диаграммы), что может привести к непра­вильному решению.

Произведенные теоретические и экспериментальные исследова­ния показали, что увеличение числа ошибок в основном связано с высокочастотным фазовым дрожанием линейного сигнала, частота которого сравнима с тактовой частотой цифровой системы.

Второй вид воздействия фазовых дрожаний на качество пере­дачи связан с тем, что они вызывают фазовые дрожания управля­ющих сигналов генераторного оборудования приема, приводящие в конечном итоге к изменению временного положения АИМ сигналов на выходе декодера относительно номинального. Это приво­дит к тому, что огибающая АИМ сигнала при наличии фазовых дрожаний будет по форме отлична от сигнала на передаче (рис. 4.15). Отклонения возникают, так как отсчеты АИМ сигнала (на рисунке они показаны штриховой линией) сдвинуты относи­тельно истинных положений: первый отсчет на Ах', второй на Лт" и т. д. В результате восстановленный сигнал (на рисунке по­казан штриховой линией) будет отличаться от истинного. Иными словами, фазовые дрожания приводят к появлению на выходе ка­нала шумов, аналогичных шумам квантования. Они зависят в ос­новном от низкочастотных дрожаний с частотами, близкими к /_д=8 кГц.

Рис. 4.15. Возникновение шумов от фазовых дрожаний:

1 — отсчеты сигнала на передаче; 2 — отсчеты сигнала на приеме; 3 — передаваемый сигнал; 4 — принятый сигнал; 5 — шум фазовых дрожаний цифрового сигнала

Доказано, что защищенность от помехи, вызванной фазовым дрожанием цифрового сигнала в канале ТЧ, порядка 33 дБ обес­печивается при Тф._д=1,4 мкс. В низкоскоростных и среднескорост-ных ЦСП, которые в настоящее время используются на сетях свя­зи, фазовые дрожания значительно меньше 1,4 мкс, поэтому вы­званные ими шумы практически не влияют на качество передачи.

Еще более жесткие требования к фазовым дрожаниям сигнала предъявляются при передаче стандартных групп систем с ЧРК по цифровым трактам. При этом существенную роль имеет ширина спектра помехи А/ф._д, вызванной фазовым дрожанием. Если Д/фд меньше защитного интервала 0,9 кГц между каналами стан­дартной группы системы с ЧРК, то действие помехи проявляется в возрастании мощности шумов в канале. Если А/ф._д>0,9 кГц, то между каналами группы возникают взаимные влияния.

Для третичной частотной группы на 300 каналов при А/ф.д^ s^0,9 дГц и защищенности Л₃ = 30 дБ среднеквадратическое значе­ние фазового дрожания I⁷ т| _д не должно превышать 4 не. При А/ф.д^8 кГц и допустимой мощности переходной помехи между каналами группы 250 пВт значение У х\ _л не должно превышать 0,3...0,4 не. 116

Указанные величины фазовых дрожаний составляют доли так­тового интервала даже для высокоскоростных ЦСП, поэтому, чтобы выполнить требования по обеспечению защищенности от вызывае­мых фазовым дрожанием помех, применяют, подавители фазовых дрожаний.

При передаче телевизионных сигналов черно-белого изображе­ния фазовые дрожания вызывают размытость отдельных элемен­тов и искажения полутонов картинки на экране. Фазовые дрожа­ния при передаче сигналов цветного телевидения приводят к из­менению различных оттенков изображения. Допустимое значение фазовых дрожаний при этом не должно превышать 0,5 не, что тре­бует применения в обязательном порядке подавителей фазовых дрожаний.

Накопление помех в линейном тракте. Ошибки, возникающие в каждом регенераторе линейного тракта, зависят от уровня помех на его входе и не зависят от помех на входах других регенерато­ров. Таким образом, можно считать, что ошибки^ появляющиеся в разных регенераторах, независимы. Поскольку ошибки могут воз­никнуть в каждом регенераторе, то с увеличением числа регенера­торов должна возрасти вероятность ошибки. При независимости вероятности ошибок для каждого регенератора вероятность ошиб­ки в линейном тракте должна быть определена как сумма вероят­ностей ошибок регенераторов:

п

Рош - Рош1 + Рошг +•••+P рошп = - (4-2)

«•=1

Если считать, что р_ош 1=Рош 2 = —=Рош п, то вероятность ошиб­ки в линейном тракте из п регенераторов возрастет в п раз:

Рош = «Рош ь (4.3)

Так как ошибки регенераторов приводят к появлению помех, можно говорить о накоплении их в ЦЛТ. В то же время накопле­ние помех в ЦСП отлично от накопления помех в аналоговых си­стемах передачи с ЧРК-

Ошибки одиночного регенератора вызывают помехи во много раз меньше, чем помехи на входе регенератора, т. е. в линейном тракте ЦСП накапливаются помехи, мощность которых во много раз меньше мощности воздействующих помех, тогда как в анало­говых системах с ЧРК накопление помех будет более значитель­ным (отношения сигнал-помеха на входе и выходе промежуточных усилителей этих систем равны).

Другим видом помех, накапливающихся в ЦЛТ, являются по­мехи, вызванные фазовыми дрожаниями. Каждый регенератор соз­дает собственные фазовые дрожания, которые передаются по це­почке регенераторов, причем фазовые дрожания изменяются от регенератора к регенератору, так как величина их зависит не только от фазового дрожания на входе регенератора, но и от нестабильности тактовой частоты, определяемой параметрами ВТЧ.

Было установлено, что накапливаются главным образом си­стематические фазовые флуктуации, связанные со статистической структурой сигнала. Например, появление в сигнале длинной серии нулей приводит к смещению относительно номинального положе­ния строб-импульсов всех регенераторов в одну и ту же сторону, что в целом увеличивает смещение символов цифрового сигнала относительно номинального положения в конце линейного тракта по сравнению со смещением, создаваемым одним регенератором. В предположении идентичности параметров систем тактовой син­хронизации регенераторов линейного тракта было установлено, что среднеквадратическая величина фазовых дрожаний в линейном тракте, содержащем п регенераторов, пропорциональна Уп и поло­се пропускания ВТЧ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы особенности передачи цифровых сигналов по линейным трактам?

2. Укажите причины возникновения искажений цифрового сигнала 1-го и 2-го рода. Каким образом эти искажения влияют на помехозащищенность?

3. Назовите основные свойства квазитроичного цифрового сигнала с чере­дованием полярности импульсов и объясните, чем вызвано преимущественное ис­пользование кода ЧПИ в кабельных ЦЛТ.

4. Чем отличается модифицированный квазитроичный код МЧПИ от кода ЧПИ и каков алгоритм формирования МЧПИ?

5. Каким способом можно увеличить помехоустойчивость передачи по ЦЛТ при сохранении скорости передачи информации?

6. Поясните отличие регенераторов прямого и обратного действий.

7. Как влияет на структуру регенератора число уровней цифрового линей­ного кода?

8. Каким образом в регенераторах осуществляется тактовая синхрониза­ция?

9. Укажите причины, приводящие к появлению ошибок на выходе регене­ратора и к фазовому дрожанию цифрового сигнала.

10. От чего зависит величина коэффициента ошибки регенератора?

11. От чего зависит величина фазовых дрожаний в линейном тракте?

12. Как влияет число регенерационных участков на коэффициент ошибки ЦЛТ?

13. Поясните принцип получения глаз-диаграммы, охарактеризуйте влияние ее формы на коэффициент ошибки.

14. Как влияют коэффициент ошибки и фазовые дрожания на качество приема сигналов частотных групп в системах ИКМ—ЧРК?

15. Как влияют коэффициент ошибки и фазовые дрожания на качество те­левизионного сигнала, передаваемого по ЦЛТ?