Лекции по Технической эксплуатации ВОЛС   

10. Реконструкция действующих магистралей

10.2 Анализ причин, вызывающих снижение качественных показателей трактов ЦСП

Для передачи по цифровому линейному тракту информационный сигнал преобразуется в один из типов линейных кодов, характеристики которого согласованы с параметрами кабельных цепей и к которым предъявляется ряд требований:

- ограничение спектра линейного кода в диапазоне частот, характеризующемся повышенным уровнем помех;

- обеспечение возможности простого и надежного выделения синхросигнала;

- обеспечение бесперебойной работы линейного тракта при любой статистике входного сигнала;

- возможность контроля состояния линейного тракта и линейных регенераторов в процессе их непрерывной работы.

Все реальные линии связи ограничены по полосе пропускания и имеют неравномерную амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики, что вызывает необходимость коррекции формы импульсов линейного кода для уменьшения возникновения ошибок за счет межсимвольной интерференции (МСИ). Это явление обусловлено тем, что при неравномерной АЧХ линии связи форма импульсов, передаваемых по линии, искажается, длительность фронтов возрастает и, когда она становится больше тактового интервала, импульсы могу перекрываться, МСИ изменяет мгновенные значения сигнала в моменты их стробирования при регенерации и приводит к увеличению вероятности ошибки при детектировании.

Таким образом, задача построения линейной части регенератора является задачей оптимальной фильтрации, но не в ее классическом виде, когда оптимальный приемник обнаруживает сигнал в аддитивном шуме, а задачей оптимального обнаружения искаженного межсимвольной помехой сигнала на фоне аддитивной помехи.

Рассмотрим модель приемной части регенератора. Пусть на вход линейной части регенератора (рисунок 10.1) поступает сигнал в виде случайной последовательности импульсов известной формы, отличающихся по уровню, и флуктуационный шум n(t) с энергетическим спектром G(ω). Обозначим через S(ω) спектральную плотность одного из используемых элементов сигнала с единичным уровнем на входе приемного фильтра.

Тогда спектральная плотность реакции фильтра на этот элемент

R(iω) = S(ω)K(iω) = S(ω) [φ(iω)/υ(iω)],

где K(ω) =[φ(iω)/υ(iω)]- коэффициент передачи линейной части регенератора.

Рисунок 10.1  Модель приемной части регенератора

Определим среднюю квадратическую ошибку реакции на входе решающего устройства в момент отсчета на некоторый элемент сигнала, обусловленную воздействием шума и межсимвольной помехи. Обозначим через ckr(t) ↔ ckR(iω) реакцию приемного фильтра на элемент сигнала с уровнем ck и через g(t) ↔ K(iω) импульсную характеристику линейной части регенератора.

Указанная ошибка для выделенного элемента сигнала с уровнем

,                        (10.1)

где to - момент стробирования; Е - символ математического ожидания; * - символ свертки двух функций.

Положим, что шум является стационарным случайным процессом с нулевым средним значением, а корреляция между сигналом и шумом отсутствует. Это справедливо как для теплового шума в коаксиальном кабеле, так и для переходной помехи в симметричном кабеле. Тогда

σ2ош=u2мп+u2ш,                                                                (10.2)

где  ;         п и m - номера тактовых интервалов, а средний квадрат шума на выходе фильтра   .

Возрастание значения BBER или вероятности возникновения ошибки происходит в том случае, когда в момент стробирования мгновенное напряжение помех, действующих на входе линейного регенератора и определяемое различными факторами, превышает допустимое значение.

В общем случае суммарная мощность линейных помех, возникающих в кабельных цепях без учета помех от внешних электромагнитных полей [3]

                                                        (10.3)

где Nпвдк - мощность помех за счет переходных влияний на дальнем конце, обусловленная значением защищенности на дальнем конце цепи А3; Nпвбк -мощность помех за счет переходного влияния на ближнем конце, обусловленная значением защищенности на ближнем конце цепи Ао; Nпп - мощность помех за счет попутных и встречных потоков, обусловленная неоднородностями волнового сопротивления линии ΔZB; Nтш- мощность теплового шума.

Для различных типов металлических направляющих систем (симметричный или коаксиальный кабель) преобладают те или иные составляющие суммарной мощности помех Подробный анализ закона распределения мощности суммарных помех [3] показывает, что закон распределения значений напряжения аддитивной помехи близок к нормальному закону распределения. Учитывая, что для большинства линейных кодов (например, 5В6В) с амплитудой импульса, равной А, модуль порогового напряжения D = А/2.

В этом случае вероятность ошибки на длине участка регенерации (Рур)

,                                                 (10.4)

где П - интеграл Лапласа - Гаусса, Nz - суммарная мощность линейных помех на входе линейного регенератора.

Отношение   пpинято называть отношением сигнал/шум.

Если, в качестве примера, принять вероятность ошибки (значение BBER) на длине участка регенерации Рур = 10-10, решая выражение (10.4), получим

.

Таким образом, как показывают простейшие вычисления для идеального линейного регенератора, у которого отсутствуют межсимвольные искажения, вероятность ошибки на длине участка регенерации не будет превышать значения 10-10, если соотношение сигнал/шум на его входе будет не менее 16,2 дБ.

В реальных линейных регенераторах [3] оптимальное соотношение между межсимвольными искажениями и мощностью линейных помех достигается в том случае, когда мгновенное значение изменения сигнала за счет МСИ составляет 0,25 от порогового напряжения, поэтому для реального регенератора

.                                         (10.5)

В этом случае

дБ.

при Рур =10-10.

Таким образом, теоретически для реального регенератора отношение сигнал/шум на входе решающего устройства должно быть не менее 18,7 дБ. Практически, с учетом всех дестабилизирующих факторов работы трактов ЦСП, а также для обеспечения определенного запаса по помехо­устойчивости, отношение сигнал/шум на входе решающего устройства при использовании наиболее распространенных линейных кодов принимают равным не менее 26 дБ.

Для высокоскоростных ЦСП необходимое соотношение сигнал/шум устанавливается путем анализа особенностей организации работы последних. Установленная величина допустимого соотношения сигнал/шум на входе линейного регенератора является основанием для определения длины участка регенерации по обеспечению помехоустойчивости тракта.

В общем случае длина регенерационного участка будет определяться двумя факторами: перекрываемым аппаратурой ЦСП затуханием, широкополосностью линии связи, которая в металлических кабелях ограничена шумами (рисунок 10.2),

В зависимости от выбранной аппаратуры ЦСП, которая имеет определенное значение перекрываемого затухания с требуемым запасом по помехоустойчивости адоп и конкретное значение скорости передачи (тактовая частота линейного кода), т. е, требуемую широкополосность ΔFДОП можно определить значения двух длин участка регенерации: по затуханию и линейным шумам.

Рисунок 10.2 Возможные варианты сравнительной оценки длин участков регенерации:

а - по затуханию, ΔF - по широкополосности линии, ограниченной шумами

Основным условием правильного расчета длин участка регенерации является:

LΔF>La.                                                                           (10.6)

Таким образом, учитывая указанные факторы, можно осуществить реконструкцию действующих магистралей первичной сети как на симметричном, так и на коаксиальных кабелях связи. Однако в связи с сокращением длин участков регенерации при организации более высокоскоростных трактов растет количество активного оборудования и соответственно снижается надежность тракта.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.