Рис. 9.1.3. Импульсная характеристика канала, частотная харакеристика которого дана на рис. 9.1.2

В дополнение к линейным искажениям (нарушениям) сигналы, передаваемые через телефонные каналы, подвергаются иным искажениям, в частности, нелинейным искажениям, смещению частоты, фазовому джиттеру, воздействию импульсных и тепловых шумов.

Нелинейные искажения в телефонных каналах прож;ходят от нелинейности усилителей и компандеров, используемых в телефонных системах. Этот вид искажений обычно невелик, и его очень трудно корректировать.

Небольшое смегцение частоты, обычно меньшее, чем 5 Гц, обусловлено использованием аппаратуры несущей в телефонном канале. Такое смещение нельзя терпеть в высокоскоростных цифровых системах передачи, которые используют синхронную фазово-когерентную демодуляцию. Смещение, обычно, компенсируется при помощи схемы восстановления несущей в демодуляторе.

Фазовый джиттер, по существу, представляет собой частотную модуляцию передаваемого сигнала с малым индексом низкочастотными гармониками частоты питания (50...60Гц). Фазовый джиттер создает серьезные проблемы при цифровой передаче с большими скоростями. Однако его можно отслеживать и в определенной степени компенсировать до демодулятора.

Импульсным шум является аддитивным искажением. Он возникает прежде всего от коммутационного оборудования в телефонных системах.

Тепловой гауссовский шум также присутствует на уровнях 20.. .30 дБ ниже сигнала.

Степень нашей обеспокоенности этими нарушениями в канале зависит от скорости передачи по каналу и техники модуляции. Для скоростей передачи ниже 1800 бит/с (R/W <1) можно выбрать технику модуляции, например, ФМ, которая относительно нечувствительна к величинам искажений, которые встречаются в типовых телефонных каналах от всех источников, указанных выше. Для скоростей между 1800 и 2400 бит/с {R/W = 1) обычно, используется более эффективная по полосе частот техника модуляции, такая как четырёхфазовая ФМ. На этих скоростях для компенсации искажений средних амплитуд и задержек в канале часто используются некоторые виды компромиссного выравнивания. Дополнительно синтезируется метод восстановления несущей, позволяющий компенсировать смещение частоты. Другие канальные нарушения несущественно влияют на этих скоростях на характеристику частости ошибок. На скоростях передачи выше 2400 бит/с (R/W >\) используется эффективная по полосе

частот техника кодированной модуляции, такая как решётчато-кодированная КАМ, AM и ФМ. Для этих скоростей особое внимание надо уделять линейным искажениям, смещению частоты и фазовому джиттеру. Линейные искажения обычно компенсируются посредством адаптивных выравнивателей (эквалайзеров). Фазовый джиттер преодолевается комбинированием синтеза сигнала и некоторых видов фазовых компенсаторов в демодуляторе. На скоростях выше 9600 бит/с специальное внимание надо уделить не только линейным искажениям, частотному смещению и фазовому джиттеру, но также иным нарушениям в канале, упомянутым выше.

К сожалению, модель канала, которая учитывает все искажения, указанные выше, сложна для анализа. В этой и следующих двух главах в качестве модели канала используется линейный фильтр, который вносит амплитудно-частотные искажения и искажения по задержке сигнала, а также добавляет гауссовский шум.

Кроме телефонных каналов, имеются другие физические каналы, в которых проявляются некоторые формы временного рассеяния (дисперсии) сигналов и, таким образом, вводится межсимвольная интерференция. Радиоканалы, такие как коротковолновые каналы ионосферного распространения (ВЧ) и тропосферного рассеяния, являются двумя примерами каналов с временной дисперсией. В этих каналах временное рассеяние и, следовательно, межсимвольная интерференция, являются результатом многопутевого распространения волн с различными задержками в отдельных путях. Число путей и относительные временные задержки по путям меняются во времени, и из этих соображений эти радиоканалы обычно называют меняющимися во времени многопутевыми каналами. Условия изменяющейся во времени многопутевости дают начало большому разнообразию частотных характеристик каналов. Следовательно, частотные характеристики, использованные в телефонных каналах, не подходят для меняющихся во времени многопутевых каналов. Вместо них радиоканалы характеризуются статистически, как более детально излагается в главе 14, через функцию рассеяния, которая является двумерным представлением средней мощности принимаемого сигнала как функция от относительной задержки во времени и доплеровской частоты.

С целью иллюстрации на рис. 9.1.4 показана функция рассеяния для канала тропосферного рассеяния средней протяжённости (150 миль).

Суммарная длительность во времени (из-за многопутевого рассеяния) характеристики канала в среднем примерно 0,7 мкс, а рассеяние между «точками половинной мощности» по доплеровской частоте немного меньше, чем 1 Гц для наиболее мощного пути и немного больше для других путей. Типично, что при скорости передачи по такому канал\ 10 символов/с многопутевое рассеяние 0,7 мкс приводит к межсимвольной интерференции, которая простирается на семь символов.

В этой главе мы имеем дело исключительно с линейной, неизменной во времени, фильтровой моделью для ограниченного по полосе канала. Адаптивная техника выравнивания, представленная в главах 10 и И для борьбы с межсимвольной интерференцией, также применима для меняющихся во времени многопутевых каналов при условии, что изменения во времени канала относительно медленные по сравнению с общей полосой канала или, что эквивалентно, со скоростью передачи символов по каналу.

9.2. СИНТЕЗ СИГНАЛОВ ДЛЯ ОГРАНИЧЕННЫХ ПО ПОЛОСЕ КАНАЛОВ

В главе 4 было показано, что передаваемый эквивалентный низкочастотный сигнал для несколько различных видов техники цифровой модуляции имеет общую формулу

30-5Г, 465

(9.2.1)

Частота (Гц)

Рис. 9.1.4. Функция рассеяния канала с тропосферным рассеянием

где {/„} представляют последовательность символов, несущую информацию, а g{t) -импульс, который для целей дальнейшего обсуждения предполагается с ограниченным по полосе частотной спектром т.е. G(/) = 0 для \f\>W. Этот сигнал передаегся по

каналу, имеющему частотную характеристику С(/), также ограниченную по полосе 1/1 < W . Следовательно, принимаемый сигнал можно представить так:

(9.2.2)

hit) =

g(x)c(t-x)dx, (9.2.3)

а z(t) представляют аддитивный гауссовский шум.

Предположим, что принимаемый сигнал сначала пропускается через фильтр, а затем стробируется со скоростью l/T отсчетов в секунду. Мы показали в соответствующем разделе, что оптимальный фильтр при детектировании сигнала-это фильтр, согласованный с принимаемым импульсом. Это значит, что частотная характеристика фильтра на приёме равна H*{f) (Я(/)-преобразование Фурье от h(t) ). Обозначим выход фильтра приёмника так

(9.2.4)