Автор: Боккер П.
Теги: электротехника электрическая связь монография передача данных передача информации техника связи
Год: 1980
Похожие
Текст
П. Боккер
Передача данных
Техника связи в системах
телеобработки данных
Том I. Основы
Совместно с Г. Г. Фоссом,
3. Грютцманом, И. Петерсеном
Перевод с немецкого С. М. Широкова
под редакцией Д. Д. Кловского
Ш
Москва -Связь-
198Q
ББК 32.88
Б78
УДК 621.391
Боккер П.
Б78 Передача данных (Техника связи в системах
телеобработки данных). Том I. Основы: Пер. с нем./Под
ред. Д. Д. Кловского. — М.: Связь, 1980. —264 с, ил.
В пер.: 1 р. 30 к.
В первом томе двухтомной монографии П. Боккера описаны
современные методы передачи данных, рассмотрено влияние на передачу
характеристик реальных каналов связи, освещены вопросы коммутации и теории
тел^графика. Большое внимание уделено международным нормам и
рекомендациям, касающимся передачи данных. Материал изложен с
минимальным привлечением математики и включает в себя необходимые
предварительные сведения по технике связи, так что от читателя почти не
требуется специальной подготовки.
Книга предназначена для широкого круга инженерно-технических
работников, занимающихся проектированием или эксплуатацией аппаратуры
передачи данных, и может быть использована студентами технических
вузов.
30602—088 ББК 32.88
Б 61—80 2402020000 „.,
045(01)—80 вФ1
Перевод осуществлен с разрешения издательства
«Springer- Verlag»
Петер Боккер
ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
(Техника связи в системах телеобработки данных) ,
Том I. Основы
Редактор Е. В. Комарова
Обл. художника-А. А. Орехова
Художественный редактор Р. А. Клочков
Технический редактор Г. И. Колосова
Корректор Н. С. Корнеева
ИБ № 610
Сдано в набор 26.02.80 г. Подп. в печ. 28.04.80 г.
Формат 60Х84/1С Бумага кн.-журн. Гарнитура литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 15,34 Уч.-изд. л. 16,18 Тираж 5000 экз.
Изд. № 18644 Зак. № 41 Цена 1 р. 30 к.
Издательство «Связь». Москва 101000, Чистопрудный бульвар, д. 2
Типография издательства «Связь» Госкомиздата СССР
.Москва 101000, ул. Кирова, д. 40
© Spnnger-Verlag, 1976.
© Предисловие, примечания, сноски, издательство «Связь», 1980 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Предлагаемая советскому читателю монография «Передача
данных», написанная группой специалистов ФРГ под руководством
П. Боккера, посвящена систематическому изложению проблем, на-,
учных основ и практических принципов построения алпаратуры
передачи дискретных сообщений в системах телеобработки данных.
В ней получило отражение современное состояние техники
передачи данных в западных странах, главным образом в ФРГ.
Книга, в первую очередь, ориентирована на широкий круг
специалистов, занятых разработкой и проектированием аппаратуры
передачи данных, однако в ней найдут много полезного и те, кто
связан лишь с использованием такой аппаратуры. В форме, не
требующей специальной теоретической подготовки, в ней освещаются
основные положения теории передачи дискретных сообщений,
очерчены практические возможности реализации систем передачи
данных и описаны различные типы действующей аппаратуры.
В первом томе приводится необходимый минимум сведений по
теории связи, рассматриваются свойства линий связи и
коммутационных устройств, а также подробно освещаются основные
современные методы передачи данных. Второй том посвящен описанию
технических средств электрической передачи данных.
При подготовке перевода книги был принят во внимание список
опечаток, любезно предоставленный издательством «Шпрингер».
Исправлены также некоторые неточности оригинала, замеченные
переводчиком и редактором.
Большинство литературных источников, на которые ссылаются
авторы, малодоступно советскому читателю. Поэтому при переводе
книги мы сочли полезным добавить список основных работ на
русском языке, в которых можно найти необходимые сведения по
общей теории связи, принципам построения аппаратуры передачи
данных, организации сетей связи и действующим в СССР
стандартам в этой области. Указаны, главным образом, наиболее
распространенные учебные руководства без каких-либо попыток
установить приоритет тех или иных результатов.
Не все разделы книги равноценны по своему содержанию и
полезности для советского читателя. Многие.из освещенных здесь воп-
5
росов уже нашли более полное отражение в советских изданиях.
Подобно многим специалистам по передаче данных, авторы книги
склонны абсолютизировать известные результаты Найквиста,
утверждая, что с помощью двоичных сигналов нельзя передавать
информацию с удельной скоростью свыше 2 бит/с на 1 Гц полосы
частот. Квалифицированное обсуждение этого вопроса можно
найти в [32*]. Следует подчеркнуть, что ряд вопросов,
представляющих несомненный интерес для техники передачи данных, например
методы и устройства оптимальной и субоптимальной обработки
сигналов в каналах с межсимвольной интерференцией, не нашел
места в книге. Необходимые сведения по этим вопросам можно
найти в [15*].
Однако, несмотря на значительное число книг по передаче
данных, вышедших за последние годы на русском языке, до сих пор
еще нет монографии, которая объединяла бы разнообразные
сведения, касающиеся этой области, в форме, доступной широкому
кругу инженерно-технических работников, и содержала бы столь
богатый справочный материал, касающийся характеристик
реальных каналов связи и соответствующих международных норм и
рекомендаций.
Поэтому можно надеяться, что предлагаемая книга, где в
сжатой и ясной форме изложены почти все наиболее важные в
практическом отношении сведения по технике передачи данных, будет с
интересом встречена советским читателем.
Д. Д. Кловский
ПРЕДИСЛОВИЕ
Любое изучение или использование данных возможно только
при условии их передачи на расстояние. Техника передачи данных
электрическим способом берет свое начало от телеграфии —
техники передачи письменных сообщений от человека к человеку.
Отсюда и получила свое развитие современная техника передачи
данных, т. е. информации, обрабатываемой машинами. Эта техника
должна удовлетворять разносторонним требованиям,
предъявляемым к системам телеобработки данных.
В двух томах книги рассматриваются проблемы, научные
основы и современное состояние техники передачи данных. В первую
очередь содержание книги затрагивает вопросы самой передачи
данных, т. е. касается той части систем телеобработки данных,
которая располагается между стыками оконечного оборудования с
аппаратурой передачи данных. Процессы, которые происходят
внутри аппаратуры обработки данных и устройств ввода — вывода
6
для управления ходом передачи, в рассмотрение непосредственно
не включены.
Книга должна сообщить читателям, занятым проектированием
или использованием систем телеобработки данных, сведения по
основам теории связи и дагь представление о возможностях и
естественных границах реализации систем передачи данных. Вместе с
тем книга обращена также к тем учащимся и
инженерам-проектировщикам по передаче данных, которым необходимо уяснить
закономерности, определяющие свойства устройств передачи данных и
задачи их функционирования.
С этой целью в предлагаемом первом томе монографии
изложены основные понятия и теоретические положения, касающиеся
передачи данных. Много места при этом уделено освещению свойств
каналов связи, наиболее важных для передачи данных, а также
описанию методов передачи данных и их применениям в реальных
каналах. Для пояснения по мере возможности приводятся и
количественные сведения. Изложение основ передачи данных
завершается рассмотрением вопросов коммутации, играющих важную роль
для систем телеобработки данных.
Первый том написан в соавторстве с докторами
Гансом-Генрихом Фоссом, Зигмаром Грютцманом и Иоахимом Петерсеном.
Ответственность за тексты отдельных разделов распределяется
следующим образом: обзор — Боккер, основные понятия техники
связи — Фосс, каналы связи, основы передачи данных, учет свойств
реальных линий связи при передаче данных — Грютцман, основы
коммутации данных — Петерсен.
Второй том «Устройства и системы» охватывает технические
средства электрической передачи данных. Он содержит описание
устройств передачи и распределения данных, сетей данных, а
также методов и средств их контроля и обслуживания.
Подготовка труда со столь обширным содержанием оказалась
для меня возможной только на основе длительных размышлений и
опыта, приобретенного в фирме Сименс. Необходимо с
благодарностью отметить многочисленные дискуссии с коллегами, их
ценные советы и указания, г также готовность предоставлять в
распоряжение ранее не опубликованные материалы. Особой
благодарности заслуживают те, кто принимал участие в составлении
некоторых разделов книги: по первому тому это доктора Армии Таннхой-
зер (методы передачи данных) и Геро Шоллмайер (методы
передачи данных и учет свойств реальных каналов связи).
Мюнхен, весна 1976 г.
П. Боккер
1. Обзор
1.1. ОБРАБОТКА И ТЕЛЕОБРАБОТКА ДАННЫХ
Почти во всех областях политической, хозяйственной и
общественной жизни первостепенную роль играет информация. Все чаще
решающее значение приобретает возможность переработки
больших массивов информации, включая ее сбор, упорядочение,
выявление взаимных связей, систематическое исследование, оценку,
выбор и выдачу. Благодаря механизации и ускорению этих операций
облегчается восприятие информации человеком. Предпосылкой
этого является представление информации в форме, технически
пригодной для обработки. Еще со времен изобретения телеграфа
выявились достоинства цифровой формы представления. В некоторых
случаях может иметь преимущества и обработка данных в
аналоговой форме, однако такие случаи, в особенности при передаче и
коммутации данных, составляют исключение и поэтому далее здесь
рассматриваться не будут.
Практические возможности техники обработки данных
характеризуются такими разнообразными показателями, как
быстродействие и объем памяти аппаратуры обработки данных (ЭВМ),
отвечающей поставленным задачам, наличие
проблемно-ориентированных программ для пользователей, надлежащих устройств ввода —•
вывода и, наконец, эффективность аппаратуры передачи данных от
места их сбора к ЭВМ и далее к месту выдачи. Сопоставление
обрабатываемых данных и дальнейшее использование результатов
обработки в общем случае происходят не в месте установки ЭВМ,
и, таким образом, большинство задач обработки данных в
процессе своего развития становится задачами телеобработки.
1.2. АВТОНОМНАЯ И УПРАВЛЯЕМАЯ ТЕЛЕОБРАБОТКА
ДАННЫХ
' Данные, разумеется, можно транспортировать механическими
средствами, например на судах, автомобилях, по железной дороге
и т. п. Для этого они должны быть нанесены на физические
носители — перфокарты, магнитные ленты и т. п. В системах
телеобработки данные передаются на расстояние электрическим путем и в
8
месте приема могут быть снова записаны на носитель, который
используется для ввода данных в ЭВМ с помощью соответствующих
устройств ввода-вывода. Описанный режим обработки данных
называют непрямой, Или автономной телеобработкой данных (в англ.
литературе — режим off-line) (рис. 1.1а).
Оконечная установка
Оконечная установка
СП-
Носитель
данных
Линия связи
Устройство
ввода — вывода
данных
Устройство
ввода — вывода
данных
-СП-
Носитель
данных
Аппаратура
обработки
данных
н
Блок
ввода —
вывода
данных
Центральный
процессор
(ЭВМ)
Оконечная установка
Оконвчнап установка
/ 1
Г 1 "* »
Носитель
Усп
данных
вво;
1
rpotici
ia — в
1ЭННЫ
*"
г во
ывода
X
Линия связи
6)
Аппаратура
обработки
данных
Блок
управления
передачей
данных
/
Центральный
процессор
(ЭВМ)
Рис. 1.1. Автономная (а) и прямая (б) телеобработка данных
Если же в месте обработки данные не записываются вторично
на носитель, а в форме электрических, сигналов непосредственно
поступают в устройство обработки (ЭВМ), то такая система
называется системой с прямой, или управляемой телеобработкой
данных (режим on-line). Аппаратура обработки данных в этом случае
обычно оснащается устройствами управления передачей данных.
Прямая телеобработка данных необходима в тех случаях, когда
выдача данных должна следовать немедленно за их вводом, что
требуется, например, в системах для выдачи справок,
бухгалтерского учета или телеуправления. При этом ввод и вывод данных
также обычно осуществляются непосредственно, без помощи
специального носителя (например, с применением клавиатуры и
дисплея) .
9
1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ТЕЛЕОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Свойства систем телеобработки данных определяются
областями их применения и поэтому весьма многообразны. По этой же
причине очень широки и требования к входящим в состав этих сие-'
тем устройствам связи. В то время как, например, требования
телефонных абонентов к качеству связи в силу естественных причин
общего характера лежат в сравнительно узких пределах, а средняя
длительность занятия в телефонной сети "хорошо известна,
требования к оконечным устройствам сетей данных значительно более
дифференцированы. Поэтому неоднократно предпринимались
попытки классифицировать системы телеобработки данных.
При их подразделении, исходящем из различных требований к
устройствам передачи и коммутации, выделяют, в частности,
диалоговые системы, ^системы «вопрос — ответ», системы сбора и
распределения информации [1.1].
Диалоговые системы имеют в соответствии с применением две
типичные разновидности:
информационные системы, связанные с банками данных, в
которых пользователь в ходе диалога с устройством обработки
данных систематически ограничивает область поиска, пока не
получит желаемую информацию;
абонентские системы, в которых пользователь запрашивает
службу обработки данных из своего учреждения с помощью
приборов ввода-вывода, т. е. в режиме диалога с устройством
обработки задает программу, вводит данные и получает результаты.
У диалоговых систем объем передаваемой информации велик,
длительность связи имеет порядок от минут до часов, для них
достаточны малые и средние скорости передачи — примерно в
пределах от 50 до 10 000 бшУс,
К системам «вопрос — ответ» относятся, в частности, все
системы бухгалтерского учета: на основе краткого запроса или
требования устройство обработки данных выдает короткую квитанцию,
например, о бронировании места или о новой сумме счета. У таких
систем объем данных, передаваемых по системе связи, мал,
длительность связи лежит в пределах секунд, а скорости передачи
здесь также достаточно малые или средние.
Системы сбора и распределения информации служат для сбора
бухгалтерских данных и обработки заявок, а также для выдачи
данных многим потребителям: например, сведений о погоде для
аэропортов или актуальной информации для газетных издательств.
С точки зрения требований к устройствам связи сюда могут быть
также отнесены и системы с пакетной обработкой, перед которыми
ставятся в настоящее время важные задачи. В системах сбора и
распределения информации объем данных, передаваемых по кана»
10
лам связи, велик; средняя длительность связи — порядка минут,
скорость передачи может быть малой, средней или большой — до
50 кбит/с и выше.
1.4. СТРУКТУРА СИСТЕМ ТЕЛЕОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Несмотря на многообразие возможных систем телеобработки
данных самого различного назначения, все они имеют, в принципе,
сходную структуру и состоят, как минимум, из двух оконечных
установок * (абонентских
□ □
□ Оконечные
установки
передачи данных
О Узлы сети
Линии связи
пунктов), между которы
ми осуществляется
передача данных. Связь
может осуществляться
между двумя или
несколькими оконечными
установками (рис. 1.2); каждый
из этих видов соединения
может существовать
постоянно или
устанавливаться временно
(например, с помощью
устройств коммутации в
узлах сети) Поток ИНсЬоо- Рив- 12- Соединения между оконечными уста-
'' ч f новками (пунктами):
мации через эти соедине- а^ дВухпунктное соединение (пункт с пунк-
ния направлен в одну том).; 6} многопунктиое соединение
сторону, попеременно в
разные стороны или является двусторонним [1, 2]; при этом
оконечные установки ведут обмен данными соответственно в
симплексном, полудуплексном или дуплексном режиме.
Каждая оконечная установка передачи данных включает в себя
оконечное оборудование данных и аппаратуру передачи данных
(АПД) (рис. 1.3) [1.3, 2*]. Оконечное оборудование представляет
собой источник данных, с которого информация поступает на АПД,
или является получателем данных, поступающих с АПД. Оно
участвует в управлении системой связи, обеспечивает управление
процессом обмена данными с другим оконечным оборудованием
и подает команду на окончание связи. Аппаратура передачи
Данных преобразует сигналы, поступающие от оконечного
оборудования, в одну из форм, пригодных для передачи по линии связи,
или преобразует сигналы, принимаемые с линии связи, для даль-
* Приведенный русский вариант этого и других терминов, используемых в
данном разделе, соответствует требованиям [2*]. Следует отметить, однако, что
в рамках Единой системы телеобработки информации ЕС ЭВМ некоторые виды
оборудования принято называть иначе; в частности, оконечные установки,
входящие в состав указанной системы, получили наименование абонентских
пунктов. (Прим. ред.).
И
нейшей их передачи на оконечное оборудование. Кроме того, она
преобразует команды управления оконечного оборудования о
начале и об окончании связи в соответствующие сигналы для
центрального коммутатора, а также для удаленных пунктов и передает
дальше команды, принятые от оконечного оборудования.
Оконечное
оборудование
данных
*
О
Цепи
заземления
Цепи передачи
Жданных
Цепи- " •
управления '.
• " Цепи
^оповещения
Цепи
синхронизации
Цепи автома-;
тического .
установления
соединения
конечная устано
передачи данны:
Аппаратура
передачи
данных
вка
<
^-
Линия связи
Рис. 1.3. Оконечная установка данных со стыком между
оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных
(АПД) ,
Назначение и электрические свойства сигналов, а также физиг
ческие свойства соединений между оконечным оборудованием и
АПД унифицированы в рамках международных и национальных
норм и рекомендаций по стыкам (интерфейсу) [1.4—1.10, 27*, 28*]»
Стыки оконечного оборудования и АПД различных видов
регламентируются стандартами на аппаратуру передачи данных.
Эти обширные регламентации по стыкам оконечного
оборудования и АПД имеют целью, с одной стороны, сделать оконечное
оборудование возможно более независимым от типа АПД и вида
канала связи, а с другой стороны, — сохранить и независимость
АПД от типа подключенного оконечного оборудования. Кроме того,
этот стык часто разграничивает элементы, относящиеся к ведению-
организации связи и пользователя, т. е. является границей
принадлежности различных фаз начала и конца связи и
профилактического обслуживания.
12
\- В общем случае стык содержит следующие цепи: заземления;
ередачи и приема данных; управления (для команд,
направляемых на АПД); оповещения (контрольной сигнализации) для
сигналов, направляемых на оконечное оборудование; синхронизации и,
поскольку оконечное оборудование участвует в процессе вызова
других установок, цепи автоматического установления соединения
(для передачи цифр набора номера) [27*, 28*]. В зависимости от
типа АПД количество цепей соединения и их управление,
связанное с режимом передачи данных, могут быть различными. В сетях
данных стыки АПД могут быть особенно простыми благодаря
тому, что в начальной фазе связи команды управления, сигнализации
и цифры вызова передаются по информационным цепям, и тем
самым экономится ряд цепей управления, сигнализации и набора
номера.
1.5. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИКЕ СВЯЗИ И КОММУТАЦИИ
В СИСТЕМАХ ТЕЛЕОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Оконечные устройства систем телеобработки данных
предъявляют к технике связи требования, которые можно сформулировать
следующим образом:
скорость передачи данных должна быть обеспечена от 50 бит/с
до 50 кбит/с и выше;
при низких скоростях должны передаваться аритмические
стартстопные знаки, причем сигналы «стоп» могут иметь любую
длительность не меньше некоторого минимума; при скоростях от
600 бит/с и выше передаются только изохронные информационные
сигналы, т. е. сигналы с элементами определенной длительности.
При использовании изохронных информационных сигналов
должка быть возможна передача любых двоичных
последовательностей, включая непрерывную передачу только символа 0 или
только 1; при этом должно быть обеспечено - фазирование оконечных
устройств.
Требования к технике коммутации для систем сбора и распреде-'
ления информации (для важнейшего, на сегодня и в обозримом.
будущем, типа систем [1.11]) в общем не выходят за пределы
возможностей телетайпов и телефонных коммутаторов. Иначе обстоит
дело с диалоговыми системами и с системами «вопрос — ответ».
Здесь аппаратура обработки данных занимает более важное место
в структуре обмена, которая, в особенности в системах «вопрос —
ответ», может отличаться от структуры обмена информацией в
системах телеграфной и телефонной связи: объем нагрузки на
терминал при этом сравнительно мал, т. е. длительность занятия
невелика, однако количество претендентов на связь в единицу времени
может быть большим. Отсюда вытекает требование возможно
более короткого времени на вхождение в связь и выход из нее.
13
Среди других особенностей устройств коммутации для систем
телеобработки данных иногда можно отметить выделение
закрытых категорий абонентов, в которые не имеют доступа
посторонние абоненты, а также наличие специальных видов услуг,
например прямого вызова, сокращенного вызова, циркулярных
передач [1.12].
В начале развития систем телеобработки данных для передачи
данных, наряду с имеющейся телеграфной сетью со
свойственными ей ограничениями на код и скорость передачи, использовались
и существующие разветвленные телефонные сети. Данные могут
передаваться как по телефонным сетям с вызывной коммутацией, так
и по некоммутируемым линиям телефонной связи, если вместо
телефонов к линии в качестве устройств связи подключены модемы
(рис. 1.4) [1.13].
/.
Оконечная установка
|Устройст-|
во ввода U- Модем
I —вывода I
1_данных | I
гч
Телефонный
соединитель •
ный тракт
^
Оконечная установка
Оконечное Аппаратура
оборудование передачи
к данных
Модем
L
У стройст -
во ввода
— вывода
_данных_
Аппаратура Оконечное
передачи оборудование
данных
Рис. 1.4. Передача данных по телефонному
соединительному тракту
Хотя использование телефонных сетей способствовало быстрому
развитию телеобработки данных, все же в некоторых случаях их
коммутаторы не удовлетворяют требованиям передачи данных.
Поэтому были организованы частные сети с постоянными
соединениями, абоненты которых могли быстро вступить в обмен данными
друг с другом.
Начиная примерно с 1968 г. утвердилась мысль о
необходимости организации самостоятельных сетей передачи данных общего
пользования. Их главными преимуществами по сравнению с
частными сетями являются большая экономичность, вследствие
лучшего использования линий связи, и более высокая надежность,
обусловленная избыточной структурой сети и применением
центральных устройств контроля.
1.6. Техника связи в системах
телеобработки данных
Для изучения вопросов передачи данных в указанном широком
смысле, а также для постановки и исследования возможностей
14
решения возникающих при этом задач необходимо рассмотреть
ряд областей техники связи. Обзор, проводимый далее с этой
йелью, одновременно представляет собой краткое изложение
содержания обоих томов данной книги.
\ Основные понятия техники связи. Данные опрет
деЬяют как информацию, представленную в форме,
обеспечивающий (техническую) обработку; цифровые данные состоят из
знаков!. Передаваемая информация, например знаки некоторого
алфавит^, путем кодирования представляется в виде двоичных
символов, отдельных элементов сообщения; при этом может
систематически вводиться избыточность, позволяющая обнаруживать и
корректировать в декодере ошибки, возникающие в линии связи.
Электрические сигналы, приводимые в соответствие двоичным
символам для их передачи электрическим путем, имеют определенную
минимальную длительность и следуют друг за другом с
определенной скоростью модуляции. Теория информации устанавливает
границы возможностей передачи данных имеющимися средствами и
обеспечивает тем самым объективную оценку технических свойств
систем передачи.
Каналы связи. Для передачи данных первоначально
использовались те же каналы связи, что и для передачи сигналов
речи, радиовещания и телевидения. При этом передача на малые
расстояния осуществлялась преимущественно по парам жил
низкочастотных кабелей, а на большие расстояния — по парам жил пугги-
низированных кабелей, а также по каналам тональной частоты
(ТЧ) и группам каналов (например, по первичным группам) в
системах с частотным разделением каналов (ЧРК) • Все большее
значение приобретают системы с ИКМ. При выборе способов
передачи данных, а также при проектировании и эксплуатации АПД в
первую очередь должны приниматься во внимание неравномерность
затухания и группового времени замедления >(ГВЗ) в заданной
полосе частот и влияние различных помех.
Методы передачи данных. В соответствии со
свойствами каналов связи имеется ряд методов передачи данных.
Некоторые из них, в случае использования пар жил низкочастотных
кабелей, касаются передачи сигналов в первичной полосе частот, т. е.
без модуляции, другие (при передаче сигналов по каналам с
ограниченной полосой пропускания, например по каналам ТЧ или по
первичным группам в системах с ЧРК) используют модуляцию
несущей. При этом в соответствии с передаваемыми двоичными
знаками могут изменяться амплитуда, частота или фаза несущего
колебания.
Для передачи данных особый интерес представляет
достижимая скорость передачи. Преобразование двоичных знаков в
сигналы, имеющие более двух состояний (уровней), и передача с одной
боковой полосой или с частично подавленной боковой полосой пот
15
зволяют существенно повысить скорость передачи по заданному/
каналу. /
Особой проблемой при синхронных способах передачи является
тактовая синхронизация из принимаемого сигнала; кроме то#о,
при некоторых методах демодуляции требуется восстановление
несущего колебания. '
Различие в форме сигналов и их спектров при разных методах
передачи ведет к различной чувствительности сигналов к действию
помех. Поэтому методы передачи характеризуются также
различными вероятностями ошибок при приеме сигналов на фоне шума.
Учет свойств реальных каналов при
передаче данных. Неравномерность затухания и ГВЗ, а также другие
отклонения свойств реальных каналов связи от идеальных
ухудшают качество передачи. Для оценки возможностей применения
различных методов передачи по реальным каналам связи
привлекаются критерии, характеризующие отличие принимаемого сигнала
ют переданного; к ним относятся вероятность ошибки, т. е. частота
неверных отсчетов, среднеквадратическое отклонение отсчетов от
заданных значений, глазковая диаграмма и краевые искажения.
В той мере, в какой влияние канала связи на передачу сигналов
практически постоянно во времени, например, при
неравномерности затухания и ГВЗ и при сдвигах частоты, оно может быть в
значительной степени скорректировано. Таким образом часто удается
существенно улучшить качество связи. Принимаемый сигнал может
корректироваться в частотной или временной области. В то время
как частотный корректор большей частью выравнивает средние
значения затухания и ГВЗ («компромиссный» корректор),
корректор, действующий во временной области, особенно хорошо
настраивается на индивидуальные оптимальные значения.
Коммутация данных. Во многих случаях соединения
между оконечными установками осуществляются через узлы сети
и необходимы только временно; они могут устанавливаться и
разъединяться по мере надобности. При этом происходит процесс
коммутации. Переключатели в узлах сети с коммутацией каналов
устанавливают непосредственное соединение между
соответствующими оконечными установками, что практически равнозначно
временному включению постоянного соединения. Однако для
функционирования сети передачи данных может оказаться более выгодным
передавать информацию только по мере возможности по
отдельным участкам и хранить для дальнейшей передачи в узлах
коммутации. При таком методе коммутации сообщений могут
распределяться и передаваться либо полные сообщения, либо их части —
«пакеты».
Наряду с коммутацией каналов важную роль играет
управление установлением и разъединением соединений: в соответствии с
определенной системой сигнализации передаются сигналы управ-
ления между оконечными установками и узлами коммутации, а
также между узлами коммутации. К задачам управления относится
и формирование закрытых категорий (классов) абонентов, а так-
•же обеспечение специальных видов услуг (прямой вызов,
сокращенный вызов, циркулярные передачи и т. п.). Основой для
экономического расчета коммутаторов и сети с учетом параметров
нагрузки (например, средней длительности занятия или среднего
количества вызовов в единицу времени) служат исследования по
теории телетрафика.
Аппаратура передачи данных. Данные могут
передаваться с помощью надлежащих устройств связи по телефонным
сетям, сетям передачи данных или некоммутируемым каналам; во
всех случаях в оконечной установке между АПД и оконечным
оборудованием имеется некоторый стык (интерфейс), не зависимый от
свойств передающей аппаратуры, канала связи и
регламентируемый международными стандартами. Аппаратура передачи данных
по телефонным сетям — модемы — подключается у абонентов
вместо телефонов к линии связи; соединение при этом может
устанавливаться не только с помощью устройств, применяемых в
телефонных аппаратах, но и посредством специальных вызывных
устройств, управляемых окоьечным оборудованием через собственный
стык.
В сетях передачи данных следует различать два вида работы
АПД — когда она служит для подключения к сети отдельных
абонентов и когда она обеспечивает подключение групп каналов с
временным или частотным разделением, например, между
коммутаторами.
На основе некоммутируемых соединений также могут быть
организованы отдельные каналы (например, с модемами) и группы
каналов. Принцип построения аппаратуры передачи данных
определяется свойствами канала связи: низкочастотный кабель,
телефонный канал, широкополосные и ИКМ каналы требуют устройств
с соответственно различными методами передачи.
Устройства коммутации сетей данных.
Устройства коммутации имеются в сетях передачи данных как с
коммутируемыми, так и некоммутируемыми узлами. В коммутируемых
узлах они могут работать с применением промежуточного
запоминания данных либо без него. Если к коммутатору или
центральному пункту подключен ряд периферийных оконечных установок с
небольшой "интенсивностью нагрузки, то важное значение
приобретает применение концентраторов. Чтобы упростить конструкцию,
часто некоторые функции коммутационного оборудования (как,
например, обеспечение специальных услуг — прямой вызов,
сокращенный вызов и др.) передаются от концентраторов вышестоящим
■оконечным установкам. Устройства распределения данных в неком-
MyrupjjeMbix узлах (устройства кроссовой_к£ммутации) постоянно
связывают между собой все оконечные установки; ходом передачи
данных в таких сетях управляет само оконечное оборудование. /
В сетях передачи данных с коммутируемыми узлами
коммутационные операции осуществляются также и в оконечных
установках; в частности, при управлении установлением и разъединением
соединений происходит взаимодействие устройств коммутации,
имеющихся в оконечных установках и в узлах сети. В общем случае
сигналы управления формируются и распознаются специальными
устройствами автоматического 'вызова, однако оконечное
оборудование данных может и само через свой стык посылать такие
сигналы на блоки АПД или принимать их от АПД и обрабатывать, т. е.
брать на себя часть функций устройств коммутации в узлах сети.
Сети передачи д а н н ы х. Устройства коммутации и
аппаратура передачи данных вместе с каналами связи являются
основными составными частями самостоятельных сетей передачи
данных. Наряду с сетями, содержащими некоммутируемые узлы и
называемыми некоммутируемыми, как правило, частными*,
организуются самостоятельные сети передачи данных с коммутируемыми
узлами — коммутируемые сети; чаще всего это сети передачи
данных общего пользования.
В то время- как основные характеристики сетей передачи
данных общего пользования согласованы в международных рамках
[1.12, 1.15], принципы их внутреннего построения весьма
различны. В соответствии со способом функционирования устройств
коммутации в узлах различают сети с коммутацией каналов, в
которых осуществляются прямые соединения между оконечными
установками (рис. 1.5а), и сети с коммутацией сообщений, в которых
коммутаторы узлов сети имеют промежуточные запоминающие
устройства и в которых данные передаются по частям от
коммутатора к коммутатору и, наконец, к приемному пункту (рис. 1.56).
Обычные сети с коммутацией каналов, как, например,
телеграфные сети и уже организованные в отдельных странах сети
передачи данных, являются асинхронными, т. е. работают без
центральной тактовой синхронизации. Поскольку ори таком принципе
построения сети интервалы передачи и коммутации независимы и
четко отделимы друг от друга, здесь возможен переход к новой
технике, например переход от частотного к временному
разделению каналов в зависимости от экономической и производственной
целесообразности (рис. 1.6а) [1.16]. В противоположность этому
общая тактовая синхронизация устройств передачи и
распределения информации в сети передачи данных позволяет коммутаторам
взять на себя кроме функций пространственного распределения
каналов и функции их временного распределения; по техническим
* В отечественных системах аналогичным понятием является ведомственная
сеть (Прим. ред.).. [5*. 8*, 24*],
18
причинам устройства разделения каналов в узлах коммутации в
дайном случае не нужны (рис. 1.66). Таким образом, в результате
объединения (интегрирования) функций аппаратуры коммутации
и передачи информации получается сеть, известная в
международной литературе под
названием IST-сеть (Integrated
Switching and
Transmission) — интегральная
цифровая сеть связи, ИЦСС
[20*, 25*].
В сетях с коммутацией
сообщений реализация
некоторых операций, например
преобразования кодов и
скоростей, упрощена; крсуле
того, во многих случаях
особенно эффективно могут
быть использованы каналы
связи между узлами
коммутации.
Кроме того, в таких
сетях оконечные устройства
практически загружены
процессом передачи данных
только в течение времени,
когда они фактически
нуждаются в приеме и передаче
Оконечная
Г~| установка
Узел
коммутации
Рис. 1.5. Коммутируемые сети:
а) с коммутацией каналов
(установлены соединения Х-*-Х' и
Y-*-Y'); б) с коммутацией
сообщений (во время передачи
определенных сообщений для оконечных
установок X и У по сети эти1
установки не заняты)
информации, в отличие от сетей с коммутацией каналов, где
каждое соединение занято на протяжении всего сеанса связи,
независимо от вида и объема действительного обмена данными.
Функционирование сети с коммутацией сообщений можно
сделать более гибким, если от одного узла коммутации к другому
передавать не полные сообщения, как в коммутируемых сетях с
запоминанием, а лишь их части — «пакеты», как это делается в сетях
с пакетной коммутацией [1.17, 9*]. Тем самым можно уменьшить
время передачи сообщения, так как при различных скоростях на
разных этапах передачи коммутаторы не должны ожидать поступ-
19
ления всего сообщения; кроме того, благодаря возможности
передавать отдельные части сообщений обходным путем легче
приспособить сеть к различной, степени загруженности.
□ Оконечная установка
О
Узел коммутации
[>> Аппаратура частотного
разделения
Аппаратура
[5> временного
**^ разделения
И Тактовый
генератор
Синхронизация
Рис. 1.6. Сети с коммутацией каналов:
а) без синхронизации (показано подразделение
соединительного тракта на тракт передачи О и
тракт коммутации V); б) с синхронизацией
Наконец, при построении сетей передачи данных важное
значение имеет целесообразная конфигурация сети, т. е. расположение и
связи ее узлов. В сетях передачи данных общего пользования, все.
20
узлы которых в основном равноценны для обмена информацией,,
наиболее распространены иерархические связанные сети; они
состоят, например, из одной низшей области, построенной из
звездообразных сетей, и из одной высшей области, узлы которой
соединены друг с другом в сеточную структуру. В частных сетях дела
часто обстоит иначе. В большинстве случаев там должно
осуществляться соединение многих устройств ввода — вывода с одним или
несколькими устройствами обработки данных. При этом
получается другое подразделение нагрузки, и тем самым справедливы
другие предпосылки для выбора конфигурации сети по сравнению с
сетями передачи данных общего пользования.
Передача данных по коротковолновым
радиоканалам. В отдельных случаях, например внутри малых
стационарных или подвижных радиосетей, которые применяются в-
пресс-службе, бюро погоды, посольствах, органах полиции и армии,
для обмена данными используется коротковолновая радиосвязь. С
помощью коротких волн (область частот от 3 до 30 МГц) могут
быть перекрыты значительные расстояния при сравнительно низких
затратах. Большая дальность распространения коротких волн
обусловлена их отражением от слоев ионосферы. Правда, постоянные
изменения структуры и положения этих слоев и плотности ионов*
приводят к тому, что оптимальная область частот изменяется во
времени и вследствие интерференции волн, достигающих приемной
антенны по разным путям, появляются колебания амплитуды
сигнала [1.18, 1.19, 13*]. Эти отличительные черты радиосвязи делают
необходимым применение специальных методов передачи и защиты-
от помех, а также приемопередающей аппаратуры, допускающей1
адаптацию системы связи к изменяющимся условиям передачи.
Влияние интерференционных замираний преодолевается, например,
с помощью разнесенного приема: приемное устройство
осуществляет прием, по меньшей мере, на одну из ' многих пространственно'
удаленных друг от друга антенн (пространственное разнесение)1
или на одной из многих несущих частот (частотное разнесение).
Наряду с этим для передачи по радиоканалам часто применяются
специальные коды, которые обеспечивают либо автоматическую-
коррекцию ошибок, либо их автоматическое обнаружение и
последующее исправление путем автоматического обратного запроса и
повторения [31*].
Измерительная техника в системах
передачи данных. Для обеспечения надежной работы аппаратуры
передачи данных нужно определить величины, измерение которых
позволяло бы контролировать передачу. Наиболее важными для
передачи данных свойствами каналов связи являются частотные
характеристики затухания и группового времени запаздывания;
наряду с этим должны измеряться также параметры шумов, в том-
числе частота появления случайных импульсных помех и кратко-
2Ь
-временных перерывов связи. Свойства двоичных сигналов
характеризуются такими параметрами, как значащие (характеристические)
.моменты времени и позиции; измерению подлежат их отклонения
от нормы. В частности, отклонения значащих моментов двоичного
сигнала от идеальных называются краевыми искажениями и
являются важным показателем качества передачи, нарушение которого
ведет к ошибочному отсчету сигнала.. Средняя частота появления
ошибок при передаче данных также может быть определена с
помощью измерительных приборов, например, таких, которые
определяют и указывают отношение количества ошибочно принятых
символов к общему числу переданных символов.
Международные и национальные соглашения.
Быстрое развитие телеобработки данных в последние годы привело
к появлению большого числа различных типов аппаратуры
передачи данных. Пользователи, поставщики и администрация систем
телеобработки данных заинтересованы в своевременной выработке
таких международных и национальных соглашений, которые, с
одной стороны, допускали бы необходимую гибкость в построении
• систем телеобработки данных, а с другой стороны, обеспечивали
бы совместную работу аппаратуры различного происхождения. Для
этого необходимы соглап1ения относительно электрических
сигналов АПД, касающиеся, например, методов передачи, уровней,
ограничений полосы частот, а также должен быть установлен вид
взаимодействия коммутационных устройств, т. е. сигнализация.
Пока что имеют силу договоренности об устройствах связи в системах
телеобработки данных в узких рамках. Кроме того, должны быть
согласованы и другие детали: например, коды, знаки, скорость
передачи, методы синхронизации и процедуры передачи, которые
касаются частично лишь пользователя, а частично — и ведомства
связи.
Эти соглашения принимаются в основном в двух
международных органах: Международном консультативном комитете
по телефонии и телеграфии (МККТТ) ■— организации ведомств
связи, которая включена в ведающий вопросами радиосвязи
Международный консультативный комитет радиосвязи (МККР)
Международного союза электросвязи (МСЭ) [1.20], и в
Международной организации стандартизации (МОС)—органе пользователей.
Наряду с этим, соглашениями относительно оистем телеобработки
данных занимаются и другие международные организации,
которые решают определенные частные задачи. К ним относятся,
например, Международная электротехническая комиссия (МЭК) —
по электротехническим вопросам и в пределах Европы —
Европейская промышленная ассоциация по вычислительной технике
(ЕПАВТ), занимающаяся всеми вопросами, связанными с
аппаратурой обработки данных.
.22
В соответствии с решениями компетентных международных
организаций в Германии* важные для пользователей и поставщиков-
систем соглашения устанавливаются Германским институтом стан~
дартизации (ДИН) —до 31.8.1975 Германским комитетом
стандартов (ДНА) — и известны под названием Германских стандартов;
кроме того, Общество связи Союза немецких электротехников (ОС
СНЭ) издает рекомендации по терминологии в технике связи.
Международный консультативный комитет по телефонии и
телеграфии занимается, в первую очередь, всеми вопросами
согласования службы ведомств связи. В области телеобработки данных сюда
относятся соглашения о способах передачи информации и о
сигнализации в сетях, соглашения с МСЭ относительно стыков между
АПД и оконечным оборудованием, охватывающие, в частности,
параметры сигналов стыка и управление 'процессами вхождения в
связь и выхода из нее, а также соглашения, касающиеся
требований абонентов: например, о кодах, скоростях, способах
синхронизации, спецобслуживании — и, кроме того, договоры о техническом
обслуживании. Международная организация стандартизации, а в
европейских рамках и ЕПАВТ занимаются проблемами совместной'
работы оконечного оборудования в составе систем телеобработки
данных. К ним принадлежат помимо уже упомянутых,
разрабатываемых совместно с МККТТ вопросов, прежде всего, положения,
касающиеся режимов функционирования, задаваемых, например,.,
управляющими знаками стандартных кодов. В ведении МОС
находится также унификация разъемов, включая распределение
назначения между отдельными их контактами.
Результаты этих соглашений находят свое выражение в
рекомендациях и нормах**. На них часто делаются ссылки в
соответствующих -разделах этой книги, и их сводка даиа в приложении-
ко второму тому.
2. Основные понятия техники связи
Для определения понятий техники связи и их толкования
имеются различные источники. К ним относятся, в частности, списки-
определений Международного союза электросвязи (МСЭ),
определения терминов, издаваемые Германским институтом
стандартизации (ДИН) и Обществом связи (ОС СНЭ), а также современная
специальная литература***. Однако сравнение этих источников'от-
* В тексте здесь и далее подразумевается Федеративная Республика
Германии. (Прим. ред.).
** См. также [2*, 18*, 23*, 25*, 26*, 27*, 28*, 30*].
*** В СССР терминология в области техники связи и передачи данных
Регламентируется [2*, 23*, 25*, 26*, 30*]. (Прим. ред.).
23-
яюдь не создает единой картины для совокупности понятий
техники связи, если, конечно, не говорить об" определениях,
допускающих математическую формулировку и потому однозначных.
Различия обусловлены, с одной стороны, историческим развитием, в
процессе которого понятия уточняются и изменяются. С другой
стороны, на смысл, который придается понятиям, например, в
специальной литературе, влияют тема и назначение той или иной книги
и в рамках, допускаемых некоторой свободой интерпретации,
накладывает отпечаток индивидуальная точка зрения автора. Не
следует поэтому удивляться, что и здесь, несмотря на учет имеющихся
соглашений, нашли свое место формулировки и толкования,
ориентированные на содержание этой книги.
.2.1. СООБЩЕНИЕ, ДАННЫЕ
Понятие сообщения — это общее понятие, которое, в принципе,
охватывает любой вид передаваемых сведений в произвольной
форме — от простых сигналов светофоров, значений измеряемых
величин, знаков Морзе, печатных текстов и данных, пригодных для
обработки, до высокодифференцированных сообщений, доступных
слуховому или зрительному восприятию человека (например, речь,
музыка, изображение). Наряду с таким подразделением
сообщений по их виду или форме, можно рассматривать и анализировать
сообщения в различных других аспектах [2.1—2.3]
—синтаксическом, семантическом или прагматическом.
Формальные правила объединения знаков в сообщение и
передача такой последовательности знаков по каналу связи относятся
к синтаксическому аспекту. Семантический аспект касается того,
что именно выражает или означает последовательность знаков,
образующая сообщение. Прагматический аспект охватывает все
стороны сообщения, которые представляют интерес, имеют значение
или полезны для получателя сообщения. Например, сообщение
может быть необходимым для немедленного решения или же
представлять интерес при решении в последующих ситуациях («процесс
-обучения»).
Эти три аспекта легко обнаружить в простейшем примере с
известными сигналами уличного светофора («зеленый», «желтый»
и «красный»). Получение трех цветных сигналов, управление их
длительностью, введение логических ограничений (например,
недопустимость одновременного появления зеленого и красного света
в одном направлений, зеленых сигналов одновременно для двух
пересекающихся направлений и т. д.) относятся к синтаксической
области. Значения трех цветов (зеленый — путь свободен,
красный — закрыт, желтый — период смены знака) характеризуют
семантический аспект. Польза (прагматический аспект) смены
сигналов с красного через желтый на зеленый означает, очевидно, для
34
ожидающего у перекрестка водителя не то же самое, что для
жителя города, который также видит цветные сигналы, различает их'
смысл, но вовсе не собирается идти через перекресток. Для более-
сложных систем знаков взаимное разграничение трех областей
рассмотрения не всегда так просто.
При передаче сообщений и, в частности, данных ставится
задача экономично и по возможности без ошибок передавать
последовательность знаков от исходного пункта к месту приема. Что
именно эта последовательность знаков выражает или представляет и
обладает ли она полезностью, не имеет значения. Проблемы
техники связи относятся, таким образом, исключительно к
синтаксической области.
Количественные свойства последовательностей знаков в
процессе их выдачи источником сообщений и передачи составляют
содержание теории информации, основанной К- Э. Шенноном [2.4, 2 5.
14*, 31*].
Данные представляют собой определенный вид сообщений. Это
есть «информация, представленная знаками или непрерывными
функциями на основе известных или некоторых дополнительных
соглашений с целью ее обработки» [2.6]. Результаты обработки
данных снова являются данными. Такое определение понятия
«данные» по целевому признаку не затрагивает форм их представления.
Данные, представленные знаками, называют дискретными, а
представленные непрерывными функциями — аналоговыми. Из-за
преобладающего значения обработки дискретных данных, как правило,
говоря о данных, предполагают, что они представлены в
дискретной форме.
2.2. СИГНАЛЫ
Сигнал — это физическое представление сообщения. Он
состоит из дискретной или непрерывной последовательности значений
некоторого параметра. В отдельных случаях эта
последовательность может быть связана с материальным носителем в
пространственно упорядоченной форме, как, например, печатный текст или
отверстия на бумажной перфокарте, а также механические,
магнитные или оптические записи на грампластинках, магнитных лентах
или фотопленке; при этом сообщение хранится в форме сигнала. В
таком виде можно, например, содержать информацию в начальном
и конечном пунктах системы связи (источник и получатель на рис.
2.1). В других случаях — сигнал представляет сообщение путем
изменения своих значений во времени. Такой электрический сигнал,
зависящий от времени, играет главную роль в технике связи, так
как передача сигналов основана на временных процессах.
Изменяющиеся во времени сигналы будут рассмотрены в этом разделе
более подробно.
25
Сигналы в виде функций времени в ходе передачи могут
прижимать различные формы без изменения содержащейся в них
информации. Эти преобразования могут быть продиктованы шириной
.и расположением имеющейся полосы пропускания и другими свой-
Источник
сообщений
разователе
Первичный
сигнал
-*
Канал
связи
0
Источник
помех
Обратный
преобра
аователь
1
1
Получатель
сообще
НИИ
1
1
* Первичный сигнал,
измененный
помехами
Рис. 2.1. Схема системы связи
V
-ствами среды передачи. Можно, однако, поступающие от источника
информации электрические сигналы, называемые первичными,
рассматривать отдельно и в соответствии с их структурой
подразделять на классы, отвечающие видам сообщений.
.2.2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРВИЧНЫХ СИГНАЛОВ
На рис. 2.1 показана весьма общая схема системы передачи
информации. Выдаваемый источником сигнал (электрический),
который здесь рассматривается как первичный, согласуется со
свойствами канала связи с помощью преобразователя,
осуществляющего, например, процесс модуляции или кодирования. Помехи,
действующие во время передачи, представлены на рис. 2.1
источником шумов. Обратный преобразователь на приемной стороне
выполняет операции, противоположные преобразованиям на
передающей стороне, так что к получателю (сигналов или сообщений)
поступает восстановленная копия первичного сигнала, paзyмfeтcя, с
возможными изменениями, обусловленными помехами в канале
связи.
Первичный сигнал s(t), поступающий от источника как
непосредственный электрический носитель сообщения, имеет ту
особенность, что представляющий сообщение параметр сигнала есть,
как правило, сама его величина s. Сигналы s(t) могут быть
подразделены на четыре класса по следующему альтернативному
признаку: величина сигнала s и временная переменная t могут быть
заданы либо в непрерывной, либо в дискретной форме.
Дискретность величины сигнала означает, что она принимает только
строго определенные значения (как минимум, их два), а дискретность
временной переменной означает, что она характеризуется
определенным подразделением на отрезки, в пределах которых значение
сигнала не изменяется.
26
Четыре класса первичных сигналов, соответствующие такому
подразделению, показаны на рис. 2.2, причем случай сигнала с
дискретными значениями представлен двухпозиционным сигналом, как
наиболее важным. Для этих классов можно привести в качестве
примеров следующие виды сообщений.
1
Временная переменная
Значения
сигнала
Непрерывные
Непрерывная
Щ\А
Класс 1
Дискретная
Класс 2
Дискретные
(здесь
два значения)
Кл'асс 3
-1
Класс 4
Рис. 2.2. Классификация первичных сигналов
Класс 1: значения сигналами времени непрерывны. Примеры:
речь, музыка.
Класс 2: отсчеты сигнала появляются во времени с тактовым
интервалом Т, однако значения сигнала s непрерывны. Пример:
сигнал амплитудно-импульсной модуляции.
Класс 3: сигнал имеет дискретные значения, в простейшем
случае — двоичные, т. е. может принимать лишь два значения, однако
моменты времени, в которые могут происходить изменения
значения сигнала, произвольны, лишь бы соблюдался определенный
минимальный интервал между ними Tmin. Примеры:
фототелеграфные сигналы, «асинхронные» сигналы данных.
Класс 4: значения сигналов дискретны, кроме того, дискретна и
временная переменная, т. е. изменения сигнала происходят только
в определенные моменты времени, расстояния между которыми
равны или кратны единичному интервалу Т заданного тактового
растра*.
* Под тактовым, или временным, растром здесь понимается заданная при
Дискретизация временной переменной система моментов времени, в которые
могут происходить изменения сигнала. (Прим. ред.).
27
+3
-Пример: «изохронный» сигнал данных.
Первичные сигналы, пригодные для передачи данных,
относятся к классам 3 и 4. Так как на рис. 2.2 изображен только частный,
лотя и важный, случай двухпозиционного сигнала, причем в форме
жогда значениями являются +1 и —1, то необходимо
дополнительно рассмотреть и другие виды и
формы сигналов из классов 3 или
4. На рис. 2.3 в качестве примера
" ; сигнала с более чем двумя
уровнями показан четырехпозицион-
ный сигнал класса 4. Четырем его
уровням могут быть приведены в
соответствие, например, значения
—3, —1, +1, +3. На рис. 2.4
показаны разные формы пер-
1:;
1 -1т
Рис. 2.3. Четырёхпозиционный
(четырехуровневый) сигнал класса 4 (см.
рис. 2.2) 9
вичных двухпозиционных сигналов классов 3 и 4. На рис. 2.4а еще
раз представлены «двуполярные» сигналы со значениями -j-1 и —1,
как и на рис. 2.2. На рис. 2.46 приведены те же сигналы в «одно-
•■ +1
-Н
Jo_Q
б)
в)
Класс 3
I
tj
Т t-
п ц
t 1,1,1- t
\ 111
4<ласс4
Рис. 2.4. Различные формы двухпозиционных
первичных сигналов классов 3 и 4 (см. рис. 2.2)
полярной» форме, со значениями 0 и 1. На рис. 2.4в слева
отмечены только изменения сигнала короткими импульсами, поляраость
каждого из которых отвечает вновь принимаемому сигналом
значению. В правой стороне рис. 2.4е каждому элементу сигнала
приведен в соответствие расположенный в середине его импульс, знак
которого отвечает значению сигнала. Так как у сигнала класса 4
тактовый реестр известен, при этой форме сигнала можно откй-
28 ■
заться от импульсов одной из двух категорий (рис. 2Лг). Если для
класса 4 импульс на рис. 2.4е симметрично растянуть на
половину элементарной длительности, то получится сигнал с теми же
состояниями, что и на рис. 2.4а; однако на тактовом интервале он
принимает и нулевые значения, обеспечивающие сохранение
тактов при передаче — это так называемый RZ-сигнал (Return to
Zero), в то время как сигнал из ряда «а» не принимает нулевых
значений, это NRZ-сигнал (Non Return to Zero).
2.2.2. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ. КВАНТОВАНИЕ, ВЛИЯНИЕ ШУМОВ
Подразделение первичных сигналов на четыре класса,
поясненное в разд. 2.2.1, имеет, в первую очередь, принципиальное
значение. Хотя для всех четырех классов известны примеры сигналов,
являющихся непосредственными представлениями определенных
видов сообщений, на практике из-за ограниченности сведений о
каналах связи границы между этими классами стираются.
Прежде всего рассмотрим передачу первичных сигналов по
каналам связи и их восстановление в месте приема, т. е. на входе у
получателя информации (см. рис. 2.1). Не будем касаться здесь
деталей, связанных с модуляцией, при которой первичный сигнал
представляется амплитудой, частотой или фазой несущего
колебания с подходящей для передачи по каналу связи частотой, не будем
затрагивать и обратный процесс демодуляции; эти вопросы
подробно обсуждаются в гл. 4. Следует отметить, однако, что в каналах
•связи:
а) вследствие ограничения полосы частот наблюдаются
искажения формы сигналов;
б) сигналы подвергаются действию помех, в частности
аддитивного шума.
Таким образом, четырем классам восстановленных в месте
приема при этих ограничениях копий переданных первичных сигналов
можно привести в соответствие следующие характеристики (табл.
2.1 и рис. 2.2):
Класс 1:
а) верхняя граничная частота fo (нижняя граничная частота
■ здесь не рассматривается);
б) отношение мощностей сигнал/шум S/./V; из-за действия шума
■ сигнал может быть восстановлен только с некоторой определенной
, погрешностью.
Класс 2:
а) тактовый интервал Т или частота отсчетов 1/Г;
б) отношение мощностей сигнал/шум S/N.
Класс 3:
а) минимальная длительность интервала Тты или скорость
модуляции v=.\/Tmin (см. также разд. 2.2.3.1);
29
Таблица 2.1
Характеристики первичных сигналов (см. рис. 2.2 )с учетом влияния
ограничения полосы частот (а) и шумов (б) в канале связи
Значение сигнала s
Непрерывные
9
Дискретные
Временная переменная t
Непрерывная
а) Граничная частота fB
б) Отношение мощностей
сигнал/шум S/N
а) Минимальная
длительность интервала Tmtn или
скорость модуляции v =
= 1/-/ тгп
а) и б) Отклонение
значащих моментов времени
(краевое искажение) 6=
=!£Ai/i rnin
Дискретная
а) Тактовый интервал Т
или частота отсчетов 1/Г
б) Отношение мощностей
сигнал/шум S/N
а) Тактовый интервал Г
или тактовая частота 1/Г
б) Вероятность ошибки
в бите ре .
а) и б) неточность или относительное «отклонение» передачи
значащих моментов первичного сигнала от идеальных,
обусловленное ограничением полосы частот и помехами: b=ktlTmin (краевое
искажение, см. также том 2, разд. 11.3.1*).
Класс 4:
а) тактовый интервал Т или тактовая частота 1/Г;
б) ошибочная передача элементов сигнала (при двоичных
сигналах— случайная смена значащей позиции элемента);
относительная доля ошибок есть вероятность ошибки в бите ре.
Принимая во внимание отмеченную неидеальность
восстановления первичного сигнала в месте приема, можно утверждать
следующее.
Для класса 1: непрерывный сигнал, спектр которого ограничен
верхней частотой fo, полностью определен своими дискретными
значениями, следующими с интервалом Т, при котором частота
отсчетов l/T>2f0 (теорема отсчетов) [2.4, 2.5, 2.7, 14*]. Таким образом,
сигналы класса-1 с верхней граничной частотой спектра fo могут
быть преобразованы в сигналы класса 2.
Для класса 2: если желательно передать в приемник возможно
более точно сами значения сигнала, т. е. сигнал передается в
аналоговой форме, но восстановлен может быть лишь неточно, то уже
в месте передачи можно допустить некоторую неточность, по
крайней мере, такую, которая пренебрежима по сравнению с помехами,
накладывающимися в процессе передачи. Это означает, что непре-
* Если речь идет об отклонении отдельно взятого значащего момента, S
называют степенью индивидуального искажения [2*]. (Прим. ред.).
30
рывный (аналоговый) сигнал можно квантовать, если только шаг
квантования достаточно мал. При квантовании непрерывная
область значений сигнала подразделяется на дискретные области
эквивалентности, так что все значения сигнала, попадающие в одну
из таких областей, преобразуются в одно (например, лежащее в
середине) дискретное значение сигнала. Таким образом, из сигнала
класса 2 получается сигнал класса 4 с тем или иным количеством
уровней. Этот многоуровневый сигнал всегда путем кодирования
можно преобразовать (см. также разд. 2.2.3.1) в двоичный сигнал
класса 4.
Только что описанный процесс преобразования первичного
сигнала класса 1 (например, речи) в сигнал класса 2 (с помощью
дискретизации) и далее (путем квантования) в сигнал класса 4
используется при импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) речевых
сигналов.
Для классов 3 и 4: подобно тому, как сигнал класса 2
преобразуется путем квантования по уровню в сигнал класса 4, так же и
•сигнал класса 3 путем квантования по времени на основе
некоторого растра ,(и возможного кодирования, которое будет
обсуждаться для этого случая в т. 2, разд. 7.4.2.3) можно преобразовать в
сигнал класса 4. Таким образом, сигнал класса 4 также, как и
сигнал класса 1, в состоянии охватить все виды сообщений.
И наоборот, сигнал класса 3 или 4, характеризующийся
некоторой минимальной длительностью интервала Tmin или тактовым
_ интервалом Т и обладающий, как первичный сигнал, широким
•спектром, конечно, нуждается для передачи в определенной
минимальной верхней граничной частоте пропускания fo^l/(2T) (см.
вышеупомянутую теорему отсчетов).
Тот факт, что произведение ширины полосы частот (от 0 до /о)
и элементарной длительности сигнала Т обладает определенной
нижней границей, был выявлен еще в работах X. Найквиста [2.8],
К. Кюпфмюллера [2.9] и Р. В. Хартли [2.10].
2.2.3. СВОЙСТВА ПЕРВИЧНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
2.2.3.1. СКОРОСТЬ МОДУЛЯЦИИ, СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ
Сравнивая двухпозииионные сигналы классов 3 и 4 по рис. 2.2,
можно заметить, что длительность временного интервала Т,
определяющая временной растр класса 4, одновременно также является
минимальной длительностью одного состояния сигнала, как
длительность Tmin Для класса 3.
Количество элементов длительности Tmin или Т в секунду для
обоих классов есть скорость модуляции (скорость передачи
посылок):
^l/nnm-l/T. -, (2.1)
31
Единица скорости модуляции имеет размерность 1/с и
называется «Бод» (международное обозначение Bd), по имени
французского инженера телеграфной связи Бодо. Двухпозиционныч сигнал
класса 4 имеет, кроме того, еще то замечательное свойство, что
каждый его элемент длительностью Т есть результат решения о
выборе между двумя возможными состояниями. Единица
«решения», устраняющего неопределенность между двумя
(взаимоисключающими) возможностями '(например, 0 или 1) получила название
«быт» (сокращенно от английского binary digit — двоичный
символ). Мера неопределенности одного элемента двухпозиционного
сигнала класса 4 равна таким образом 1 бит; такой сигнал
называют двоичным. Скорость передачи «двоичных решений»
измеряется в бит/с*; для двоичных сигналов она численно совпадает со
скоростью модуляции в Оодах. В этом, однако, состоит особое
свойство двоичных сигналов, которое часто вело к ошибочному
отождествлению существенно различных понятий «Бод» и «бит/с». Хотя
для двухпозиционных сигналов класса 3 скорость модуляции v
всегда определяется в соответствии с (2.1), однако скорость
передачи для такого сигнала зависит от того, порождается ли
последовательность двоичных элементов самим источником сообщений или
же она обусловлена структурой сигнала, как, например, при ши-
ротно-импульсной модуляции (ШИМ).
Первичный сигнал с четырьмя возможными значениями,
соответствующий рис. 2.3, содержит в каждом элементе результат двух
решений — каждое относительно двух возможностей {т. е. 2 бита),
например, один бит для решения «+» или «—», второй бит — для
решения о значении (1 или 3). Сигнал с восемью значениями
может подобным же образом быть охарактеризован тремя битами (О
или 1) с помощью следующих групп по три двоичных элемента:
000 001 010 011 100 101 110 111.
Сигнал класса 4 со скоростью модуляции v (Бод) и N значениями
имеет скорость передачи Ф (бит/с):
<D = olog„W. (2.2)
Для двоичных сигналов, i. е. при Af=2, снова получается Ф=и.
* Как в зарубежной, так и в советской литературе (включая [2*]) термин
«бит» имеет два различных значения: 1) двоичный символ; 2) единица
количества информации. При этом как скорость передачи данных, так и скорость
передачи информации выражается в бит/с. Тем не менее не следует смешивать эти
два понятия: скорость передачи информации, как известно, зависит от априорных
вероятностей и взаимной связи символов и даже для двоичного источника не
всегда совпадает со скоростью передачи самих символов, т. е. со скоростью
передачи данных. В данном случае по существу речь идет о скорости передачи
двоичных символов; вопросы теории информации обсуждаются ниже, в разд.
2.3. (Прим. ред.).
32
2.2.3.2. ВРЕМЕННЫЕ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ СИГНАЛАМИ
Первичные сигналы в виде последовательностей элементов
одинаковой длительности с дискретными значениями (класс 4 по рис.
2.2) называются изохронными^сзхнааами. Все остальные сигналы,
которые не удовлетТюр1Гют этому условию, называются
неизохронными (например, класс 3 на рис. 2.2). Имеются, однако,
неизохронные сигналы, которые приближенно или в течение некоторого
Бремени изохронны.
Если у изохронного сигнала значащие моменты не совпадают
точно с Идеальным временным растром, однако близки к нему- с
обеих сторон, то говорят об искаженном изохронном сигнале (см.
ниже, мезохронные сигналы). Кроме того, существуют сигналы,
имеющие некоторое время, например на протяжении группы
единичных элементов (элементарных посылок), называемой знаком,
признаки изохронных сигналов*. Такая группа элементов
начинается со стартового элемента, за которым следует несколько
(например, пять или восемь) информационных элементов, и
заканчивается стоп-элементом, сохраняющим свое значение на некоторое
время, не обязательно кратное длительности элемента — до начала
следующего стартового элемента. Поэтому на протяжении многих
элементов сигнал является неизохронным (аритмический режим),
однако для каждой группы элементов такого стартстопиого
сигнала можно определить тактовый растр, который связан с начгнош
стартового элемента и имеет тактовый интервал, равный заданной
длительности элемента.
Если у изохронных или у вышеупомянутых стартстопных
сигналов действительные значащие моменты не совпадают с
ожидаемыми значащими моментами, отвечающими тактовому растру, то эти
. отклонения относят к длительности Т единичного интервала и
называют краевыми искажениями б (см. также т. 2, разд. 11.3.11**).
Между соответствующими значащими моментами двух
изохронных сигналов с одинаковой последовательностью элементов могут
существовать различные отношения, которые классифицируются
под следующими названиями.
Два сигнала называют синхронными, если их соответствующие
значащие моменты имеют определенную желаемую фазовую
взаимосвязь. Если фазовая взаимосвязь хотя и постоянна, но
произвольна, то сигналы называют гомохронными. Если два сигнала
только синхронны «в среднем по времени», т. е. для фазовой связи
соответствующих значащих моментов имеются малые отклонения
в обе стороны от правильной связи, то сигнал называется мезо-
хронным. (Пределы допустимого отклонения устанавливаются в
* Это определение понятия знак употребляется в технике наряду с
другим, применяемым в этом разделе общим определением.
** См. сноску в разд. 2.2.2.
2—41
33
каждом конкретном случае.) Синхронные, гомохронные и мезо-
хронные сигналы имеют одинаковую тактовую частоту. Если
тактовые частоты двух (изохронных) сигналов не равны, то сигналы
асинхронны по отношению друг к другу. По величине тактового
рассогласования вводятся следующие названия.
Если тактовые частоты двух сигналов хотя и независимы друг
от друга, но номинально равны и допускаются отклонения от
заданного значения частоты только в строго определенных пределах
(например, Ю-6), то сигиалы называются плезиохронными
(приближенно синхронными). Если, однако, тактовые, частоты двух
сигналов существенно различны, то они называются гетерохронными.
2.2.4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ СИГНАЛОВ
Ранее рассматривалась передача сигналов от передатчика к
приемнику. Однако это чишь один из возможных режимов работы
при передаче сигналов. В общем случае между двумя пунктами,
А и В, может осуществляться как односторонняя, так и
двусторонняя передача. В названиях режимов работы, используемых для
разных случаев передачи сигналов на различных языках
(например, немецком, французском, английском), нет единства. В рамках
употребительной немецкой терминологии различают следующие ре-
житы работы при передаче сигналов между пунктами А и В.
Дуплексный режим, А-*-В и одновременно В-<-Л. Здесь оба
направления в отношении скорости передачи могут быть
равнозначны (симметричный дуплексный режим) или различны.
Полудуплексный режим, либо А-^-В, либо В-<-Л. Этот режим
работы отвечает диалогу двух партнеров (человек — человек или
человек — машина).
Симплексный режим, А-+В. При этом необходимо различать
связь между двумя пунктами (А-*В) и многоадресную или.
циркулярную связь (Л-э-Bi, Въ ..., Вп). Последний вид связи
используется, например, в радиовещании и телевидении, а также в системах
распределения данных от одного центрального передающего пункта
ко многим приемным пунктам.
2.3. НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
2.3.1. ИНФОРМАЦИЯ, ЭНТРОПИЯ*
Получение информации можно свести к последовательности
процессов выбора определенного символа из заданного набора.
Заданный набор символов, который всегда должен содержать
конечное число различных символов, в общем случае называется алфа-
"~~ * В дальнейшем речь идет только об информации, выдаваемой дискретным
источником. (Прим. ред.).
34
витом. Каждому символу х± из некоторого алфавита можно
приписать определенную вероятность р (х^ его появления.
Появление определенного символа дгг- можно рассматривать как
событие Xi. Множества Х= {хи х$,..., xN} из N возможных
взаимоисключающих друг друга событий и соответствующих им
вероятностей Px={p(xi), р{х2),..., p(xN)} образуют поле событий (X,
рх), причем справедливы следующие соотношения:
P(xt)>0; 2>(*i)=l. (2-3)
Если каждому событию xt приведено в соответствие
определенное (конечное) числовое значение f(xi), то f(X) называется
случайной величиной с математическим ожиданием
N
Elf{X)]=2p(xt)f(xt). (2.4)
Каждому событию х{ можно привести в соответствие числовое
значение 1(Хг), с помощью которого может быть измерена
информация, заключающаяся в появлении события х^ С этой точки
зрения получение информации связано с устранением ранее
существующей неопределенности. Связанная с событием Х{ информация!
или мера устраняемой им неопределенности тем больше, чем более
неожиданным было событие xit т. е. чем меньше вероятность p(Xi).
Следовательно, I{Xi) —F[p(Xi)] является такой функцией F
вероятности р(Хг), значения которой тем больше, чем меньше р(Х{).
Совместное появление двух взаимно независимых событий, Xi и
Хи, из X с вероятностями p(xi) и p(xh), например, как пары в
последовательности событий, по правилам теории вероятностей имеет
вероятность p(Xi, Хъ) —p{Xi)p(Xh)- Тогда информация,
заключающаяся в паре событий,
/ (дг,, xh) = F [р (хг, xk) = F [p (*,) р (xk)],
'и так как Хг и Хк взаимно независимы, то разумно потребовать,
чтобы количество информации, связанной с парой событий, хи Хк*
было равно сумме количеств информации, содержащихся в
отдельных событиях:
Нхи *ь) = /(*,)+ '(**),
т. е.
F \P C*i) Р (**)] = F[p (xt)] + F[p (xh)).
Последнее выражение представляет собой функциональное
уравнение логарифмической функции. Отсюда при использовании
логарифма по основанию 2 с некоторым свободным параметром К
получается
f(xi) = Khg2p(xi). (2.5)
2* '35
Параметр К определяется исходя из того, что решение об одном
из двух независимых равновероятных событий содержит
информацию в 1 бит. Поскольку каждое из двух таких событий имеет
вероятность р=0,5, то согласно (2.5) получается l=Klogdu,5 или
/С=—1. Отсюда
/ (*,) = _log2 p (*,) = log2 -I—. (2.6)
P(xt)
Выражение (2.6) можно рассматривать как определение
понятия информации [2.11]. Информация, согласно (2.6), тем больше,
чем менее вероятно появление соответствующего события. Наобо-
-рот, событие, которое можно предсказать с достоверностью (р=1),
-не несет информации. •
Информация I(Xi) есть случайная величина. Поэтому можно в
соответствии с? (2.4) определить математическое ожидание
информации в поле событий:
Н = Е[1 (Х)] = V р(х£)= Vp^log,—1—. (2.7)
- , Это математическое ожидание, или средняя информация,
называется энтропией множества событий Х=.{х{}. При этом для
p(Xi)=0
:р(*|)1°ё2-^7- = 0-
Р (xi)
Если все N событий Хг имеют одинаковую вероятность, то
p(Xi)=p=l/N и из (2.7)
N
H = Hnax^H0^-Llog2N = log9N. (2.8)
В этом случае энтропия максимальна и в общем справедливо
Я (X) < loga W = #„(*)• (2-9)
* Отклонение энтропии Н(Х) от ее максимального значения
Но(Х) называют избыточностью:
R(X)=*H0(X)-H(X). (2.10)
«Относительная» избыточность
г(Х)=1-Я.(Х)/Я0(Х). (2.И)
Для передачи данных особенно важен двоичный источник, ал-
* фавит которого состоит только из символов 0 и 1: Х—{0; 1}. Если
символам приписаны вероятности р(0)=р и р(1) = 1—р, то
согласно '(2.7)
Я (X) = S(p) = p log2 у + (1 -р) log2 y-^-. (2.12)
i36
По предложению Э. Бергера [2.12] функцию S(p) называют
также функцией Шеннона. Ее вид показан на рис. 2.5. Функция
S(p) обращается в единицу для р=0,5 и в нуль для р=0, р=1.
В общем случае, если в
выражении (2.7) не
ограничиваться двоичным
алфавитом, события со «средней»
-вероятностью дают
относительно большой вклад в
энтропию Н(Х), в то время
как частые события из-за их
малой информативности и
редкие события из-за их ма- stp)0
ловероятности вносят в
энтропию лишь малую долю.
Название «энтропия» для
математического ожидания
информации в поле событий
■первоначально было
введено К. Э. Шенноном [2.4,
2.5] только на основе
формальной аналогии с
результатами Л. Больцмана,
касающимися термодинамической энтропии. Однако, кроме этого,
существует и физическая связь между обоими понятиями энтропии
12.11, 2.14—2.17].
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Рис. 2.5. Функция Шеннона S(p)
2.3.2. ПЕРЕДАННАЯ ИНФОРМАЦИЯ. ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ
КАНАЛА СВЯЗИ
В разд. 2.3.1 было рассмотрено единственное поле событий
{Х> Рх), а именно алфавит источника, из которого путем операции
выбора формируется последовательность символов, несущая
информацию. Эта информация должна быть передана по каналу к
получателю (см. рис. 2.1). При этом предполагается, что
получателю известен алфавит источника. Поступающая к получателю
информация также образует некоторое поле событий (Y, ру), которое
по объему может отличаться от поля источника.
Пусть некоторый символ xt с вероятностью p(xi), посланный
источником, после передачи по каналу связи появляется у
получателя как символ t/k с условной вероятностью p(yh'JXi). Эта
вероятность называется условной, потому что она характеризует
появление yh при условии, что был послан символ х%.
37
В соответствии с (2.6) теперь для пары событий (Xi, yh) можно
определить информацию
/ (*ь У*) =■ logs , ' . = logs Г-тЦ ГТТ ) ^ 7 (**> + 7 to*7**)-
(2.13)
Это вытекает из того, что совместная вероятность p(Xi, yft) пары
событий, Xi, yft, может быть представлена как произведение
вероятности события Xi на вычисленную с учетом его появления
условную вероятность р (ук/xi) события ук.
Порядок следования событий хг и yk можно изменить:
(2.14)
'(*i. ^) = log2 pK)l{Xilyh) =nyk)+!(xt/yk),
так как ту же совместную вероятность р(Х{, yk) можно
представить в виде произведения вероятности р(ук) появления на приеме
символа уы на вероятность р(л^/г/ь) того, что был передан символ
хи при условии, что принят уь..
Количествам информации (2.13) и (2.14) соответствуют
математические ожидания информации, т. е. совместная энтропия
Н(Х, Y) = H(X) + H(Y/X) (2.15)
и
Н(Х, Y) = H(Y) + H(X/Y). (2.16)
Условные энтропии H{X/Y) и H(Y/X) выражают степень
«развязки» полей событий (X, рх) и (Y, pY). На рис. 2.6 это
изображается по Схоутену [2.18] в виде двух пересекающихся кругов,
причем левый круг представляет Н(Х), правый — H(Y), а жирно
окантованная общая площадь—-совместную энтропию H(X,Y).
Рис. 2.6. Диаграмма
подразделения совместной
энтропии Н(Х, Y): обведенная
жирной линией общая
площадь — совместная энтропия
Н(Х, Y), левый круг —
энтропия Н(Х), правый
круг — энтропия H(Y)
При жесткой связи обоих полей событий (идеальная, свободная от
шумов передача) оба круга одинаково велики и совпадают друг
с другом, так что заштрихованные площади H(XfY) и H\{YIX)
исчезают. Если, напротив, оба поля события полностью развязаны (на-
38
пример, из-за разрыва линии связи), то оба круга на рис. 2.6
располагаются отдельно друг от друга, т. е.
H(XlY) = H(X), H{Y/X) = H(Y), (2.17)
Н(Х, Y) = H(X) + H(Y). (2.18)
В общем случае круги накладываются друг на друга так, что
имеется общая часть Т(Х, У) (канал передачи с шумами).
Составляющие совместной энтропии имеют следующие
названия и значение (рис. 2.6 к 2.7): Н[Х, Y) — потерянная часть
посланной информации, которая не
ДОСТИГаеТ ПриеМНИКа; она на- Ненадежность Энтропия
ЗЫВаеТСЯ НеНадеЖНОСТЬЮ Ка- канала шума
нала*; H{YjX) — та часть н<хт h<y|x>
воспринимаемой приемником
информации, которая не
имеет отношения к переданной j j
информации; она называется S \^ H(Y.
иррелевантной информацией н(х)—a— t(x,y>-
или энтропией шума. Часть
Информации, ПОСТуПИВШеЙ На Переданная информация
вход канала связи, которая до- п „ _ „ ,
* Рис. 2.7. Передача информации по
настигает приемника, налу с myM(fM (представление по Е. Р.
Бергеру)
Т(Х, Y)~H(X)—H(X/Y)-H(Y)—H{Y/X) (2.19)
выражает количество переданной полезной информации**.
' Среднее количество информации, проходящее по каналу в
секунду, называют скоростою передачи информации, W (единица
измерения — бит/с). Она зависит от свойств канала и источника,
однако при допущении всех возможных способов кодирования
входного сигнала можно устранить зависимость \Р от свойств
источника и получить максимальное значение скорости передачи
информации Wmax. Оно называется пропускной способностью канала С и
зависит от свойств канала.
К. Э. Шеннон показал, что ненадежность канала й при
наличии шума можно сделать сколь угодно малой за счет надлежащего
кодирования, если скорость поступления информации на вход
канала не превышает его пропускной способности.
Очень интересно сравнение пропускной способности каналов
различных типов, которое было проведено X. Марко [2.19].
Рассмотрим с этой целью следующую модель канала связи для пере-
* В оригинале Aquivokation — неопределенность. (Прим. ред.).
** Ее называют также взаимной информацией входа и выхода. В
оригинале для этой величины введен специальный термин «синэнтропия», не
получивший распространения в отечественной литературе. (Прнм. ред.).
"39
дачи двоичных сигналов (рис. 2.8). Синхронный двоичный канал
с интервалом отсчетов Т содержит двухпозиционный канал* с
минимальной длительностью элемента Tmin=T, а последний, в свою
очередь, включает в себя непрерывный канал с ограниченной
полосой пропускания В, в котором сигнал подвергается действию шу-
Тактовый
генератор
Триггер
rep I
Модулятор
-Фильтр-
Помехи
f
Тактовый
генератор
Канал
связи
—Фильтр.
Демоду-
1лятор|7
m
Триг-
rep *?
Непрерывный канал
е—: = ^-э
с ограниченной полосои
-Двухпозиционный канал -
Двоичный канал
Рис. 2.8. Модель канала связи для передачи двоичных
сигналов
ма, характеризующемуся определенным отношением сигнал/шум
(S/\N). Это может привести в двухпозиционном канале к краевому
искажению At/T**, а в двоичном канале — к некоторой ошибке в
бите с вероятностью ре.
В непрерывном канале пропускная способность С0, умноженная
на длительность элемента Т=\ (2В), есть, согласно Шеннону
[2.4],
G0T=\og2Vl+S/N, (2.20)
а для двоичного канала с вероятностью ошибки в бите ре
справедлива соответствующая формула
C2r=l-S(A); 0<S(ft)<l, (2.21)
где S(p) —функция Шеннона из (2.12). Выражение для
пропускной способности CiT (где T—Tmin) двухпозиционного канала при
передаче по нему сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
получено Марко Г2.19]. На рис. 2.9 представлены графики
зависимости пропускной способности непрерывного, двоичного и
двухпозиционного каналов от отношения SJN (в логарифмических
единицах) . Как видно, двоичный канал (вследствие присущей ему
избыточности по отношению к передаче сигнала) имеет пропускную
способность С%Т, которая в широких пределах не зависит от отноше-
* Для указанного участка канала в отечественной литературе такой термин
малоупотребителен. (Прим. ред.).
** Это не единственное последствие действия шума в непрерывном канале
(Прим. ред.).
40
ния сигнал/шум и равна приблизительно 1 бит на элемент сигнала.
(В действительности имеет место некоторая зависимость
пропускной способности канала Сг от вероятности ошибки ре,
определяемой согласно (2.21) отношением S/N, однако на рис. 2.9 это
практически не сказывается
при той точности, с
которой изображена кривая
для CST, так как в
рассматриваемой области
значений S./N доля S/pe
весьма мала.)
12
бит
10
Рис. 2.9. Относительная
пропускная способность
канала с ограниченной
полосой (С0Т), двухпозиционно-
то канала. (С\Т) и
двоичного канала (С2Т) в
зависимости от отношения сиг-
-нал/шум S/N в
логарифмических единицах
2.4. КОДИРОВАНИЕ
2.4.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
О
с1т.
/£т
с2т
10 20 30 40 50
S/A/ *-
60 70
дБ
В общем случае под кодированием понимают преобразование
заданного набора символов в некоторую другую форму. Конечно,
здесь понятие кодирования должно иметь значительно более узкое
истолкование, приспособленное к приложениям в области передачи
дискретных данных. А именно можно ограничиться тем случаем,
когда кодирование сводится к образованию комбинаций двоичных
символов. Эти комбинации называются кодовыми комбинациями,
или, по терминологии теории кодирования, кодовыми словами.
Если кодовая комбинация состоит из п двоичных символов, т. е.
является n-разрядной, то п называют длиной кодовой комбинации.
.Для значения двоичной кодовой комбинации существенно, в каких
ее разрядах находятся нули или единицы (позиционный код); от
такого кода необходимо отличать коды счета (например, импульсы
номеронабирателя).
Кодом называют общее соответствие между кодируемым
объектом и кодовыми комбинациями, полученными в процессе
кодирования. Он характеризуется правилом, согласно которому
осуществляется кодирование, или характерными особенностями и
структурными признаками совокупности кодовых комбинаций, полученных
лутем кодирования. Каждому кодированию соответствует
обратный процесс — декодирование.
41
Подлежащие кодированию объекты — это, например, знаки
алфавита (цифры, буквы, пробелы и знаки препинания, команды
управления), которые в порядке их составления в определенную
последовательность могут быть также заменены их номером в
списке, или же эти объекты — сами кодовые комбинации, полученные
при предшествующем кодировании.
Особое значение для передачи данных имеют равномерные
коды, у которых все кодовые комбинации имеют одинаковую длину п
(«-разрядные двоичные коды) [2.12, 2.20, 4*, 31*].
Если х и у — две комбинации равномерного двоичного
«-разрядного кода, то количество позиций, в которых х и у отличаются
друг от друга, называется расстоянием Хэмминга d(x,y) между
х и у.
Пример.
АГ= (11001) *
Кодовая комбинация, которая содержит только нули,
называется нулевой. Расстояние Хэмминга d(0, x) между нулевой
комбинацией и кодовой комбинацией х называется весом w(x)
комбинации х. Например, указанные в (2.22) кодовые комбинации х и у
имеют вес w(x)=w(y) =3 в соответствии с количеством их
разрядов, содержащих единицы.
2.4.2. ЦЕЛЬ КОДИРОВАНИЯ
Кодирование может служить весьма различным целям, не все из
которых имеют значение для передачи данных. Так, например,.,
здесь нет смысла рассматривать кодирование, проводимое в крип-
тологических целях, для засекречивания сообщений. Кодирование
и декодирование, которые по их виду и целям подлежат
обсуждению здесь, пояснены на рис. 2.10. Следует различать кодер
источника вместе с соответствующим ему декодером у получателя и
канальные кодер и декодер.
Задачей кодера источника является преобразование
целесообразным способом заданного набора знаков (алфавита) в двоичные
сигналы. «Целесообразность» может означать при этом уменьшение
избыточности источника или представление данных в форме,
пригодной для обработки и передачи. Кодер канала имеет целью
систематическое внесение избыточности в кодовые комбинации,
поступающие от кодера источника, и кодирование их таким образом,
чтобы ошибки в знаках, возникающие из-за помех в канале связи,,
могли быть обнаружены путем проверки кода в декодере, а при
достаточно высокой избыточности — и исправлены (коррекция
ошибок) .
42
В то время как кодирование источника (и отвечающее ему
декодирование у получателя) необходимо для того, чтобы данные
вообще могли быть переданы в форме двоичных сигналов, канальное
кодирование необходимо для защиты от ошибок только тогда,
когда частота ошибок в битах в канале передачи, т. е. отношение ко-
Источник помех
Источ
ник
Кодер
1
Двоичный
источник
с кодером
Кодер
2
©
Канал связи
Декодер 2
Декодер 1
Получатель
| Каналь-1 ^Гшумом"3" ' КаНаЛЬ" I П°"^ель
ный кодере V -*.й декодер двоичных^
| сообщении
Двоичный канал с защитой | с декодером
от ошибок
Рис. 2.10. Кодирование при передаче данных
■личества ошибочно принятых битов к общему числу переданных
битов, превышает определенную допустимую границу. Каналы
передачи данных, организуемые по линиям связи телеграфных сетей
(см. разд. 3), обеспечивают, как правило, высокое качество
передачи, т. е. достаточно малую частоту ошибок (см. том 2, разд. 7).
Совсем иначе обстоит дело в коротковолновых радиоканалах: здесь
возможны сильные колебания в качестве передачи, так что
временами частота ошибок мо»ет быть неприемлемо высокой.
Практическое применение канального кодирования рассматривается в
томе 2, разд. 10.4.
На других видах кодирования остановимся лишь коротко,
подробно они будут объяснены и обоснованы в разд. 4.
В ряде случаев для передачи нужно получить такой сигнал,
который содержит достаточно много изменений символов при любой
последовательности символов первичного изохронного сигнала. Это
может быть необходимым для обеспечения синхронизации на
приемной стороне или для уменьшения неравномерности
спектрального распределения мощности в канале связи (скремблирование
сигнала, см. разд. 4.2). Разумеется, в приемнике при этом
предусмотрен декодер ((дескремблер), осуществляющий противоположную
операцию. Одна из других целей кодирования — так связать
между собой элементы первичного изохронного сигнала, чтобы для
таких методов модуляции, при которых информация распределяется
между многими элементами, решение о позиции принимаемого
сигнала было бы возможным по одному его отсчету (например,
предварительное парциальное кодирование, см. разд. 4.1.5).
43
2.4.3. КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА
Кодирование источника сводится, как уже было указано в
разд. 2.4.2, к представлению символов алфавита источника с
помощью двоичных кодовых комбинаций. Для передачи данных
кодирование источника кодовыми комбинациями одинаковой длины
имеет первостепенное значение, в то время как экономное
кодирование источника представляет скорее принципиальный интерес.
2.4.3.1. ЭКОНОМНЫЕ КОДЫ
Известный пример экономного кода — код Шеннона—Фано,
представленный в табл. 2.2 для случая немецкого языка [2.20],
// // "
содержит 26 букв латинского алфавита, буквы А, О, U и знак
пробела, т. е. объем его составляет 30 знаков {xi}. Во втором столбце
Таблица 2.2
Экономное кодирование источника: код Шеннона—Фано (ШФ)
х1
Пробел
Е
N
R
I
S
Т
D
Н
А
и
L
С
G
М
Pj=p(*j)
0,15149
0,14701
0,08835
0,06858
0,06377
0,05388
0,04731
0,04385
0,04355
0,04331
0,03188
0,02931
0,02673
0,02667
0,02134
Pi l°g2U/Pj)
0,41251
0,40661
0,30927
0,26512
0,25323
0,22705
0,20824
0,19783
0,19691
0,19616
0,15847
0,14927
0,13968
0,13945
0,11842
КодШФ
000
001
010
ОНО
0111
1000
1001
1010
юно
10111
11000
11001
пою
11011
111000
xi
о
в
Z
W
F
к
V
о
р
д
о
.!
Y
Q
X
Р(=р (*|)
0,01772
0,01597
0,01423
0,01420
0,01360
0,00956
0,00735
0,00580
0,00499
0,00491
0,00255
0,00165
0,00017
0,00014
0,00013
Pt log2(l/P,-)
0,10389
0,09585
0,08727
0,08716
0,08431
0,06412
0,05209
0,04309
0,03817
0,03764
0,02194
0.01521
0,00217
0,00181
0,00167
1Код ШФ
111001
111010
шоп
111100
ИНОЮ
1111011
1111100
1111101
1111110
11111110
111111110
1111111110
ипшшо
111111111110
111111111111
приведены вероятности p(xt) их появления, соответствующие
относительной частоте в длинных теистах на немецком языке. Знаки
располагаются в списке по убывающей вероятности. Сумма всех
вероятностей, разумеется, равна единице. В третьем столбце
помещены соответствующие составляющие Pilogs>(l/Pi) энтропии.
Н(Х). Четвертый столбец содержит двоичные кодовые
комбинации кода Шеннона—Фано. Он начинается с трехразрядных
комбинаций для знаков с высокой вероятностью и заканчивается 12-
разрядными комбинациями для знаков с малой вероятностью. Кро-
44
ме того, справедливо правило, что более короткая кодовая
комбинация не может являться началом более длинной комбинации, так
что кодовые комбинации в некоторой двоичной
последовательности могут быть отделены друг от друга.
Сокращение избыточности вытекает из следующего: алфавит
из 30 знаков согласно (2.8) имеет максимальную энтропию Н0=
= log230=4,907 бит. Энтропия по (2.7) - является суммой компо--
иент из столбца 3. Она составляет #(X)=4,ll5 бит и выражает
минимальное значение средней длины комбинации при двоичном
кодировании. Отсюда избыточность алфавита по (2.17) Я =
=4,907—4,115=0,702 бит на знак. В коде Шеннона—Фано
средняя длина комбинаций, перечисленных в столбце 4 табл. 2.2,
получается следующим образом. Для каждой комбинации число ее
разрядов, т. е. степень неопределенности в битах, умножается на
соответствующую ей вероятность р, ее появления, и эти
произведения суммируются по всем комбинациям. В результате средняя
длина комбинации получается равной 4,151 бит на знак, что лишь
немного превышает энтропию заданного алфавита. Все еще
содержащаяся в коде Шеннона—Фано избыточность равна 4,151—■
—4,115=0,036 бит на знак, т. е. существенно меньше, чем
первоначальная избыточность алфавита.
По тому же принципу, что код Шеннона—Фано, построен
известный код Морзе, что было интуитивным предвосхищением
более .поздних результатов теории информации.
2.4.3.2. КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
КОДОВЫМИ КОМБИНАЦИЯМИ ОДИНАКОВОЙ ДЛИНЫ
Равномерные коды, у .которых все кодовые комбинации имеют
одинаковую длину п (гс-разрядные двоичные коды), обеспечивают
существенное упрощение аппаратуры для сбора, передачи и
обработки данных. Объем такого кода, т. е. количество возможных
двоичных комбинаций длины п, ограничен числом N=2n. В
аппаратуре телеобработки данных нашли 'применение равномерные
коды, которые различаются числом разрядов и упорядочением
символов в комбинациях — отчасти разным в аппаратуре,
выпускаемой разными фирмами. Коды также изменяются в связи с
развитием техники телеобработки данных. Обзор различных видов этих
кодов дан Г. Берндтом [2.21].
Упомянем прежде всего следующие два кода,
предусмотренные международными нормами для передачи данных: пятиэле-
ментный телеграфный код (алфавит № 2 МККТТ) [2.22] и новый,
семиэлементный код (алфавит № 5 МККТТ) [2.23], который, как
правило, дополняется до восьми элементов еще одним
контрольным двоичным разрядом (см. разд. 2.4.4.2), присоединенным к
кодовой комбинации [2.24]. В обоих случаях кодовые комбинаций
45
могут быть переданы как стартстотшые знаки. Кодовым
комбинациям тогда предшествует стартовый элемент, а в конце их
присоединяется стоп-элемент. У телеграфного кода он имеет как
минимум полуторную длительность по сравнению с элементом сигнала.
У алфавита № 5 стоп-элемент при скоростях до 200 бит/с имеет
по сравнению с длительностью элемента сигнала ту же или
двукратную длительность, а лри более высоких скоростях —
длительность сигнала [2.24]. Соответствие между двоичными
символами и значащими позициями указано в табл. 2.3 [2.25].
Таблица 2.3
Формы представления и обозначения двоичных символов
Логическое состояние, представляемое двоичным
символом
Состояние по МККТТ
«Полярность»
Представление на перфоленте
Кодовое представление
0
А
Старт
Нет
отверстия
Белое поле
1 (или L)
Z
Стоп
Отверстие
Черное поле
Пятиэлементный телеграфный код (алфавит № 2 МККТТ)
иредставлен в табл. 2.4. Так как каждая кодовая комбинация
состоит из пяти двоичных знаков, от Ъ\ до Ъь, то объем кода 25=32.
В соответствии с этим в табл. 2.4 ■комбинации имеют номера от
1 до 32. Общее требуемое число букв, цифр, знаков препинания и
управления, однако, больше чем 32. Поэтому комбинации с 1-ю
по 26-ю используются дважды. В буквенном ряду они охватывают
латинские буквы, в цифровом ряду — цифры от 0 до 9, знаки
препинания и некоторые знаки управления;.к последним принадлежит
знак «Кто там?», с ломощью которого автоматически
запрашивается устройство выдачи опознавательных знаков
противоположной оконечной установки. Далее имеется комбинация № 32,
занятая только нулем, а в цифровом ряду некоторые места оставлены
свободными для национальных, особых знаков (например, А, О,
4*
U) и не используются в международной связи. Переключение с
букв на цифры осуществляется с помощью комбинации № 30,
обратное переключение — с помощью комбинации № 29.
Семиэлементный код МОС (табл. 2.5) с 1968 г. предусмотрен
нормами МККТТ как алфавит № 5 [2.23]. Большой объем, 27=
=128, кодовых комбинаций обеспечивает представление в
алфавите знаков управления и препинания, цифр, больших и малых
букв. Столбцы таблицы показывают его подразделение на
категории. Столбцы 0 и 1 содержат знаки управления, значение которых
46
^Таблица 2.4
\ Пятиэлементный телеграфный код: алфавит № 2 МККТТ
6»
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
ь.
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
ь,
0
0
0
0
1
1
]
1
0
0
0
о •
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
о
0
1
1
1
1
ьа
0
0
1
1
0
0
I
1
0
0
1
I
0
0
I
I
0
0
1
I
0
0
1
I
0
0
I
t
0
0
I
1
Ьг
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Номер кодовой
комбинации в
алфавите Ш 2
32
5
28
1
31
19
9
21
27
4
18
10
14
6
3
11
20
26
12
23
8
25
16
17
15
2
7
30
13
24
22
29
Буквенный ряд
*
Е
Строчная .подача
А
Пробел
S
I
и
Возврат каретки
D
R
J
N
F
С
К
Т
Z
L
W
н
Y
Р
Q
О
В
G
Цифровой ряд
*
3
—
/
8
7
Кто здесь?
4
Звонок
,
#
;
(
5
+
)
2
*
6
0
1
9
?
#
Переключение на цифровой
ряд
М
X
V
Переключение на С
ряд
•
/.
уквенный
* — оставлены свободными для внутреннего применения в пределах
каждой страны; в международной связи не допускаются.
поясняется ниже; из них десять являются знаками управления
передачей данных, которые применяются в процессе передачи.
Столбцы 2 и 3 содержат знаки препинания и цифры, в то время
как столбцы 4 и 5 в основном 'Предусмотрены для больших букв, а
6 и 7 — для малых.
47
2Л.4. КАНАЛЬНОЕ КОДИРОВАНИЕ
Канальное кодирование имеет целью так преобразовать с
введением избыточности кодовые комбинации, выдаваемые кодером
источника, чтобы возникающие в линии связи ошибки
обнаруживались в приемнике и могли бы быть исправлены (см. рис. 2.10).
2.4.4.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОШИБОК
У рассмотренных в разд. 2.4.3.2 равномерных кодов для
кодирования источника были использованы в качестве кодовых
комбинаций все (или почти ©се) возможные двоичные наборы
(минимальное расстояние Хемминга d=\). Поэтому при ошибке в
одной или нескольких позициях получается другая используемая ко-
а
Таблица 2.5
Семиэлементныи код по ДИН 66003 (в международном варианте соответствует
коду МОС R646 и алфавиту № 5 МККТТ; девять знаков, которые в немецком
варианте отличаются от указанных международных стандартов, заключены в
прямоугольные скобки)
1
1
6» bt btb
0
0
0
0
л
€
О
■0
1
1
1
1
1
1
1
1
—*
i 6s ЬгЬг
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 I 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 I
Строка
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1.5
0
0
0
0
0
1
0
l
0
0
1
1
l
0
с
l
0
l
l
G
i
l
Столбец
0
NUL
TCi(SOH)
TC2(STX)
ТСз(ЕТХ)
ТС* (EOT)
TCs(ENQ)
ТС6(АСК)
BEL
FE„(BS)
FEi (HT)
FE2(LF)
FE3(VT)
FE4(FF)
FE5(CR)
SO '
SI
1
TC7(DLE)
DC,
DC2
DC3
DC4
TC8(NAK)
TC9(SYN)
TCo(ETB)
CAN
EM
SUB
ESC
1S4(FS)
IS3(GS)
IS2(RS)
IS, (US)
2
SP
1
It
Ф
>;»]
%
&
/
(
)
*
+
,
—
•
/
3
0
t
2
3
4
5
6
7
8
9
>
<
=
>
?
4
«[§]
A
В
С
D
E
F
G
H
I
J
к .
L
M
N
О
5
P
Q
R
S
T
и
V
w
X
Y
Z
flA]
\[0]
IP
Л
~
6 7
/
a
b
с
d
e
f
g
h
i
j
k
1
m
n
0
P
q
г
s
t
11
V
w
X
у
z
№
|[б]
№4
rP!
DEL
ад
Пояснения сокращенных обозначений в табл. 2.5
Сокращенное
международное обозначение
АСК
BEL
BS
CAN
CR
DC
DEL
DLE
EM
ENQ
EOT
ESC
ETB
ETX
FE
FF
FS
GS
HT
IS
LF
NAK
NUL
RS
SI
SO
SOH
SP
STX
SUB
SYN
TC
US
VT
Полное наименование
(английское)
Acknowledge
Bell
Backspace
Cancel
Carriage Return
Device Control Characters
Delete
Data Link Escape
End of Medium
Enquiry
End of Transmission
Escape
End of Transmission Block
End of Text
Format Effectors
Form Feed
File Separators
Group Separators
Horizontal Tabulation
Information Separators
Line Feed
Negative Acknowledge
Null
Record Separators
Shift-in
Shift-out
Start of Heading
Space
Start of Text
Substitute Charakters
Synehronous Idle
Transmission Control
Charakters
Unit Separators
Vertical Tabulation
Перевод немецкого названия (по
ДИН 66003)
Положительный ответ1
Звонок
Обратный шаг
Недействительно
Возврат каретки
Знак управления прибором
Гашение (стирание)
Переключение передачи
данных1
Конец записи данных
Вызов станции1
Конец передачи1
Переключение кода
Конец блока передачи данных1
Конец текста1
Знак управления форматом
Продвижение бумаги
Разделительный знак главных
групп
Разделительный знак групп
Горизонтальный табулятор
Знак разделения информации
Продвижение строк
Отрицательный ответ1
Нуль (ничего нет)
Знак разделения подгрупп
Обратное переключение
Длительное переключение
Начало заголовка
Промежуток
Начало текста1
Знак замещения
Синхронизация1
Знак управления передачей
Знак разделения частей групп
Вертикальный табулятор
1 Знаки управления передачей данных.
давая комбинация, так что эта ошибка не может быть
обнаружена декодером получателя. Чтобы ошибки, возникающие из-за
помех в линии связи, можно было выявлять и корректировать,
необходимо комбинации кодера источника перекодировать за'ново
с внесением избыточности.
Если длину кодовых комбинаций "источника обозначить через
I, то канальный кодер должен выдавать комбинации длиной n>i.
Избыточность тогда выражается числом k = n—i дополнительных
разрядов в каждой комбинации, а относительная избыточность
49
есть k/n=l—i/n. Отношение i/n называют также скоростью
передачи кода.
Объем «-элементного двоичного кода на выходе канального
кодера составляет 2?l=2i-2fe, так что достаточно малого числа k
дополнительных разрядов, чтобы многократно увеличить объем
кода по сравнению с первоначальным. Из нового множества 2"
кодовых комбинаций выбирают подмножество из 2{ комбинаций*
так, чтобы минимальное расстояние d между ними было возможно
больше, и приводят эти кодовые комбинации в соответствие
первоначальным. Все остальные комбинации п-элементного кода
называются запрещенными. Комбинация «-элементного кода только
тогда может перейти в другую комбинацию, когда в ней
ошибочны й битов. Поэтому ошибка обнаруживается в декодере с
уверенностью тогда, .когда наивысшее число ошибочных битов в кодовой
комбинации f^d—1. Для выявления ошибок необходимо, таким
образом, чтобы минимальное расстояние d^2. Если желательно
корректировать ошибки, то при декодировании, как правило,
поступают по принципу «максимального сходства»: если принята
ошибочная и, следовательно, запрещенная комбинация, то
считается правильной та комбинация, которая меньше всего
отличается от принятой. Чтобы это решение, называемое коррекцией
ошибок, было правильным и не приводило к некоторой другой
комбинации, отличной от посланной, при минимальном
расстоянии d допускается ошибка не более чем в е знаках, причем
должно быть 2e^Ld—1. Уже для коррекции однократной ошибки (е==
= 1) в кодовой комбинации требуется расстояние d=2e+l=3.
Так как 2е всегда четное число, то расстояние d должно быть
нечетным, если требуется однозначное и полное декодирование по
принципу сходства. Если расстояние d — четное число, то
имеются запрещенные комбинации, которые одинаково удалены от
более чем одной комбинации.
2.4.4.2. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ КОДОВ С ОБНАРУЖЕНИЕМ
И ИСПРАВЛЕНИЕМ ОШИБОК
Для обнаружения ошибок, в особенности при коротких
кодовых комбинациях, представляют практический интерес
равновесные коды. При этом в качестве комбинаций в «-элементном коде
выбирают все наборы с одинаковым весом до; их количество
/ " N "'
\ w ) w\ (п — w)\
Все прочие комбинации поэлементного кода рассматриваются
как запрещенные или - бессмысленные. Примером может служить
алфавит № 3 МККТТ [2.26] (табл. 2.6) с семью двоичными эле-
* Называемых разрешенными. (Прим. ред.).
50
Таблица 2.6
I Пятиэлементныи и семиэлементныи телеграфные коды: алфавиты № 2
и № 3 МККТТ
Номер
кодовой
комбинации в
алфавите
№ 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Буквенный ряд
А
В
С
D
Е
F
G
Н
Г
J
К
L
М
N
О
Р
Q
Я
S
т
и
V
W
X
Y
Z
Цифровой ряд
?
Кто там?
3
*
$
*
8
Звонок
(
)
1
9
0
1
4
/
5 "
7
=
2
/
6
+
Возврат каретки (ВК)
Перевод строки (ПС)
Переключение на
буквенный ряд
Переключение на
цифровой ряд
Пробел
* | *
Знак запроса на
повторение
Знак холостого хода а
Знак холостого хода р
Алфавит
Ьг
1
1
0
1
1
I
0
0
0
1
I
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
Ьг
1
0
1
0
0
0
I
0
1
1
I
1
0
0
0
I
I
1
0
0
I
I
1
0
0
0
0
1
t
1
0
0
МККТТ № 2
bs
0
0
1
0
0
1
0
I
1
0
1
0
1
I
0
I
1
0
I
0
1
I
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
—
Длительный
Длительная
bt
0
I
I
I
0
1
I
0
0
1
1
0
I
1
1
0
0
1
0
0
.0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
«0»
«ll»
bB
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
Алфавит
fc, fcj.
0 0
0 0
1 0
0 0
0 1
0 0
1 1
1 0
1 1
0 1
0 0
1 I
1 0
1 0
1 0
1 0
0 0
1 I
0 I
1 0
0 I
1 0
0 1
0 0
0 0
0 I
1 0
1 0
0 0
0 I
1 1
0 0
0 1
0 1
0 1
b3
I
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
I
0
0
1
1
I
0
1
0
0
0
0
I
0
0
MKKTT №3
bt bB
I 0
1 0
1 1
1 1
1 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1 0
0 0
0 0
0.1
0 1
1 0
1 1
0 I
1 0
0 1
0 0
1 0
0 1
0 1
0 1
0 0
0 0
1 0
1 1
0 1
1 0
0 1
0 I
I 0
1 1
ь. ь.
1 0
0 1
0 0
0 0
0 0
1 1
0 1
1 0
0 0
1 1
1 1
I 0
0 1
0 0
1 0
1 0
0 1
0 0
1 0
0 1
1 0
0 1
0 1
1 0
0 1
0 1
1 1
0 0
1 0
1 0
0 0
1 1
0 0
0 1
0 0
* —свободны для применения внутри каждой страны, например для
национальных знаков; в международной связи не допускаются.
51
ментами в каждой комбинации, выступающий в качестве кода",
исправляющего ошибки* который поставлен в соответствие 5-эле-
ментному алфавиту № 2. И;з общего числа 27—128 возможных
двоичных наборов в качестве кодовых комбинаций используются
те, которые содержат ло три символа 1 и четыре символа 0.
Таким образом, этот код содержит (\ =35 комбинаций. Из «их
32 имеют то же значение, что и комбинации алфавита № 2, а
остальные три служат в качестве знаков холостого хода а и |3 и
запроса на повторение RQ (/практическое применение кода
рассмотрено в томе 2, разд. 10.4.1). Хотя у равновесного кода
минимальное расстояние d=2, однако могут быть обнаружены кроме
простых ошибок также и все кратные искажения одинакового
направления, т. е. превращения. 0 в 1 или 1 в 0, из-за связанного с
этим изменения*веса. Остаются необнаруженными только
искажения четной кратности ((практически, прежде всего, двукратные),
при которых .в каждой комбинации возникает одинаковое число
переходов как 0 в 1, так и 1 в 0.
Если яри преобразовании 5-элементного алфавита № 2 в 7-эле-
ментный равновесный код не составляет труда установить для
большинства комбинаций систематическое правило
перекодирования, упрощающее реализацию кодера, то соответствие между
равновесными кодовыми комбинациями и заданными комбинациями
остается, в принципе, еще произвольным (списочное кодирование).
В противоположность этому все другие рассмотренные здесь
примеры касаются алгебраических кодов. У них к каждой .
комбинации заданного Оппозиционного кода присоединено k избыточных
двоичных элементов, которые могут быть рассчитаны по
алгебраическим .правилам на основе i информационных элементов данной
комбинации.
В простейшем случае к заданной кодовой комбинации
добавляется знак контроля по четности таким образом, что вес новой
■кодовой комбинации всегда четный либо всегда нечетный.
Минимальное расстояние с?=2, т. е., как уже пояснялось,
обнаруживаются простые (одиночные) ошибки. Для каналов с малой
вероятностью ошибок достаточно и такого метода их обнаружения, если
только малы длины кодовых комбинаций (например, =^Ю). Из-за
■простоты кодирования (и декодирования) контроль по четности
часто проводится в кодере источника, где, например, к
комбинациям алфавита № 5, состоящим из семи знаков, добавляется еще
один, восьмой [2.24] (см. разд. 2.4.3.2).
Кроме рассмотренных выше простых примеров в
многочисленных теоретических исследованиях с применением методов теории
групп разработаны алгебраические коды, которые юригодны как
для обнаружения, так и для исправления ошибок, в том числе па-
52
кетов ошибок [2.12, 2.27—2.37]. Однако в рамках этого раздела
нет возможности остановиться на этих вопросах подробнее.
Для эффективного распознавания ошибок отри малой
избыточности применяются кодовые комбинации большей длины
('например, от 100 до 1000 бит). Независимо от частных свойств таких.
блочных кодов, например их объема, количество k проверочных,
символов определяется тем, с какой вероятностью при любой-,
плотности и распределении ошибок, в том числе и для пакетов
ошибок, одна ошибка остается необнаруженной. Эта вероятность-
имеет .порядок 2~k, так что к блоку стремятся присоединить
большее число проверочных символов (например, от 10 до 20), однако-
■при этом, вследствие большей длины кодовой комбинации,
относительная избыточность еще остается умеренной.
Для коррекции ошибок кодовые комбинации имеют, в общем,,
намного меньшую длину, например от 10 до 100 бит, а
относительная избыточность лежит в пределах примерно от 0,-3 до 0,7..
Однако декодирование блочных кодов с исправлением ■ ошибок,
связано со сравнительно высокими затратами. Иначе обстоит1
дело для сверточных кодов, у которых «скользящим образом» из
информационных бит, проходящих по регистру сдвига, образуются^
проверочные биты, используемые на приемной стороне для
коррекции ошибок. Такие методы рассматриваются в томе 2, разд..
10.4.2.
3. Каналы связи
Для передачи данных независимо от того, осуществляется ли;
она по сетям передачи данных, по системе телеграфной или (с
помощью модемов) телефонной связи, первоначально нет в
распоряжении никаких других каналов, кроме тех, что используются для=
передачи речевых, радиовещательных и телевизионных сигналов,.
а именно низкочастотных кабелей или воздушных линий и каналов
высокочастотной и цифровой связи. Знание свойств этих каналов
связи необходимо при проектировании и эксплуатации
аппаратуры передачи данных (см. разд. 4 и 5; том 2, равд. 7).
Выбор канала связи зависит от расстояния. Ори небольшом;
удалении, примерно до 10 км, используются низкочастотные
кабели и-воздушные линии, у которых область рабочих частот
ограничена только затуханием, возрастающим с повышением частоты..
При больших расстояниях, свыше 10 км, также могут
использоваться воздушные линии. При удалениях до 50 км чаще
применяют пупинизированные кабели, однако затухание в них
возрастает с увеличением частоты быстрее, чем у непупинизированных
5Bi
■кабелей. На больших расстояниях в настоящее время
.применяются преимущественно высокочастотные системы, т. е.
многоканальные системы с частотным разделением определенного числа
сигналов. Групповые сигналы передаются по специальным кабелям и
радиорелейным линиям, а между 'континентами также и по
радиоканалам через спутники связи. Указанные системы обеспечивают
передачу либо в полосе одного стандартного канала тональной
частоты (ТЧ)* — от 300 до 3400 Гц, либо в широкополосном
канале, охватывающем определенное число (например, 12 или 60)
каналов ТЧ.
При средних расстояниях все большее применение находят
.цифровые системы связи с имшульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).
Они обеспечивают передачу речевых сигналов в .полосе канала ТЧ
(от 300 до 3400 Гц) в цифровой форме со скоростью 64 кбит/с и
■объединяют определенное число цифровых сигналов (например,
-32) в групповой сигнал (в данном примере со скоростью
2048 мбит/с). Цифровые сигналы со скоростью 64 кбит/с или
групповой сигнал с временным разделением каналов могут быть и
непосредственно использованы для передачи данных (см. том 2,
разд. 7.4). Физическим каналом для сигналов ИКМ часто служит
одна пара жил в кабеле, 'предназначенном первоначально только
для передачи низкочастотных сигналов. Для многоканальной
передачи более чем 32 цифровых сигналов со скоростью 64 кбит/с
каждый используется специальный симметричный кабель или
коаксиальный кабель. Наряду с этим применяют также системы
передачи по радиорелейным линиям.
Возможности имшульсно-кодовой модуляции могут быть
реализованы в полной мере только .в том случае, если в распоряжении
имеется система коммутации цифровых сигналов. Будущее этой
техники существенно зависит и от решения проблемы быстрой
передачи импульсов. Разрабатываются, в частности, методы
передачи цифровых сигналов на СВЧ по волноводам и (в оптическом
диапазоне) световодам. Эти перспективные типы цифровых
каналов позволяют осуществлять любой вид передачи данных. Однако
■ они еще находятся в стадии разработки и поэтому здесь не
рассматриваются; отражены лишь современная техника каналов
связи и ее качественные 'Показатели, наиболее важные для передачи
данных.
В разд. 3.1 обсуждаются свойства каналов ближней связи: пар
жил низкочастотных кабелей, пупинизированных кабелей и воз-
.душных линий. Хотя последние пригодны и для дальней связи,
для больших расстояний они ло экономическим соображениям ис-
.пользуются в значительно меньшей степени.
* Этот канал часто называют также стандартным телефонным каналом.
.(Прим. ред.).
-54
Свойства каналов дальней связи, как телефонных, так и
широкополосных, излагаются в разд. 3.2. Канал дальней связи в
большинстве случаев составлен из различных участков —
низкочастотных и лупинизировавных кабелей, высокочастотного тракта, а
иногда и тракта с ИКМ, поэтому рассматриваются получающиеся
в итоге его общие свойства. Специальные свойства отдельных
систем затрагиваются лишь поскольку это необходимо.
Коротковолновые радиоканалы применительно к передаче данных отдельно-
рассмотрены в томе 2, разд. 10.2.1.
8.1. КАНАЛЫ БЛИЖНЕЙ СВЯЗИ *
При современном уровне развития сетей связи для
подключения абонентов к ближайшему узлу коммутации преимущественно
применяются многожильные низкочастотные кабели. Воздушные
линии, которые в начальный период, развития телефонной и
телеграфной техники применялись как для ближней, так и для
дальней связи, в настоящее время прокладываются заново лишь в том-
случае, если шрокладка .кабелей экономически невыгодна,
например для подключения сильно удаленного от ближайшего
коммутатора отдельного абонента.
Низкочастотные кабели используются также и для связи
между узлами коммутации. Для увеличения дальности 'кабели пупи-
низируют, т. е. в пары жил на определенном расстоянии включают^
катушки индуктивности, что позволяет, как это будет показано'
ниже, уменьшить затухание в полосе ТЧ.
Свойства «епупинизированных и лупинизированных кабелей:
рассматриваются в последующих разделах. Они применяются в-
телеграфных сетях и сетях передачи данных в пределах местного
участка сети. Другие виды кабелей, в частности коаксиальные,
используются лишь в особых случаях, например для передачи с.
очень высокой скоростью. Так как воздушные линии в настоящее-
время имеют меньшее значение, то мы рассмотрим только
некоторые их характеристики для сравнения с низкочастотными
кабелями.
3.1.1. ОБЩИЕ .СВЕДЕНИЯ О НИЗКОЧАСТОТНЫХ КАБЕЛЯХ
Пары жил низкочастотных кабелей (и воздушных линий)
располагаются и включаются симметрично, т. е. имеет значение
только разность потенциалов между жилами; тем самым передача не
зависит от напряжений помех, действующих ло отношению к
земле. Благодаря симметричному выполнению низкочастотных кабе-
* Авторы придерживаются классификации линий связи, несколько
отличающейся от той, что принята в отечественной литературе. (Прим. ред.).
55-
лей и принятому в Европе объединению пар жил >ло две в
«четверки» удается лучше 'использовать кабели, так как из двух пар жил
■одной четверки (основные физические цепи 1 и 2 на рис. 3.1) с
помощью фантомной цепи можно создать третий канал связи.
2
о-
ш
]Г
1-я физическая цепь
четверки
2-я физическая цепь
четверки
Четверка
Ж
низкочастотного кабеля
Рис. 3.1. Фантомная цепь
Низкочастотные кабели выполняются многожильными. Чтобы
взаимные (переходные) помехи (см. разд. 3.1.4) между каналами,
«образованными каждыми двумя жилами, были малыми, пары
жил перед окручиванием их в кабель перекрещивают тем или
.иным способом, в зависимости от 'Строения кабеля (рис. 3.2). При
Физическая цепь 1
■ Физическая rj>
цепь 2 VV0 j
физическая
цепь 1.
Физическая
цепь 2
Рис. 3.2. Строение низко*
частотного кабеля:
а) звездообразная
четверка; б) ДМ-четверка
расположении в виде звездообразной четверки ('рис. 3.2с) четыре
.жилы, т. е. две пары, образующие две основные цепи,
скручиваются вместе. При конфигурации, названной в честь ее изобретателя
'четверкой Дизельхорста-Мартина (ДМ-четверкой), сначала в
порядке отдельной технологической операции скручиваются в пару
две жилы (рис. 3.26). Благодаря этому в ДМ-четверке создаются
такие же благоприятные условия для уменьшения переходных
помех, какие могут быть достигнуты в звездообразной четверке
только.между парами жил соседних четверок. Кроме того, при ис-
;56
пользовании фантомной цепи у ДМ-четверкй рабочая емкость
меньше, чем у звездообразной, а тем самым, как это следует из.
разд. 3.1Л.1, меньше и затухание.
Для соединения абонента со станцией ,в ФРГ, в частности,
применяются кабели звездообразного строения, так как в этом
случае, как видно из рис. 3.2, при одинаковом количестве четверок
диаметр кабеля меньше и его [производство дешевле, а вопрос
использования фантомной цепи здесь практически не возникает. Для
связи станций между собой в зависимости от расстояния
.применяют как тот, так и другой тип четверок, однако преимущественное
распространение получили все же ДМ-четверкй.
3.1.1.1. СВОЙСТВА И ПАРАМЕТРЫ ПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
В этом разделе рассматриваются электрические свойства
каналов ближней связи. Пара проводов, образующая канал,
называется, как это принято в технике связи, линией.
Электрические свойства линии длиной I характеризуются
сопротивлением R и индуктивностью L, которые измеряются на входе
линии при коротком замыкании двух ее проводов на выходе, а
также емкостью С и проводимостью G между проводами. Частоту
при этом следует выбирать так, чтобы длина волны была 'большой
по сравнению с длиной линии /. У однородных линий, которые
только и будут здесь рассматриваться, перечисленные выше
параметры распределены равномерно по всей длине линии. У кабелей
связи измеряемые значения относят к единице длины проводов
1=1 ,км и называют первичными параметрами линии:
R'^R/l; L' = L/l; С' = СЦ; G' = G/l.
Для описания свойств линии определенной длины /
применительно к передаче данных должны быть рассчитаны, затухание и
фазовый сдвиг или связанное , . '
с ним групповое время замед- -dx j dx
ления * в зависимости от ча- ~н*^__|—к_<-ууч__<?__с1 □.
стоты / или круговой частоты I III
со (см. разд. 5.2). С этой целью и j
линию представляют разделен- \\ ; G'dxj | =J=c'dx
ной на бесконечно малые от- I -dx !=-'dx
реЗКИ, ДЛЯ КОТОрЫХ МОЖНО СО- -~*-\ Д-^_уу-уу_
ставить схему замещения.' ] dx
На рис. 3.3 показана схема h«
замещения бесконечно КОрОТ- Рис 3g Схема замещения участка
кого отрезка линии. Исходя из линии длиной dx
* Его часто называют также групповым временем распространения,
групповым временем запаздывания, групповой задержкой [9*]. (Прим. ред.).
57
шее Томсон в 1855 г. вывел дифференциальные уравнения линии —
телеграфные уравнения:
^bJL = G'u(x, 1) + С'ди{х'*> ;
дх
ди(х, t) _
R'i(x, t) + L'
dt
дЦх, t)
(3.1)
(3.2)
дх * ■ ■ ■ m
Эти уравнения позволяют рассчитать так i и напряжение и на
расстоянии х от начала линии в зависимости от,!времени t. Для
.понимания последующих рассуждений сначала рассмотрим
бесконечно длинную линию.
Для бесконечно длинной линии, возбуждаемой в ее начале
синусоидальным колебанием О(х=0, t) = U0ei(i,t, решение в
комплексной форме записи имеет вид
. <0(х, t) = U(0, f)'<Tvx = U{0, t)<Tia+mx;
I (дг, 0 = / (0, t) е-** = / (0, t) е-{а+®>х,
где v=a+ip. Выражение (3.2) описывает распространяющуюся
от начала линии затухающую волну; величину у называют
коэффициентом распространения.
Величина а выражает коэффициент затухания, характеризую-
■ щий уменьшение вдоль линии амплитуды 'напряжения «ли тока, а
р — коэффициент фазы, определяющий фазовый сдвиг
напряжения или тока вдоль линии. Через р определяются фазовая
скорость Up—со/р и групповая скорость vg=d(uld§ волны. Обратные
величины характеризуют время пробега волны: тр=р/сй —
удельное время распространения фазы и Tg=rfp/rfco — удельное
групповое время замедления. Величины а, р, тр и xg являются
параметрами, отнесенными к длине линии, обычно в расчете на 1 км
длины линии.
Величины аир могут быть заданы .как функции первичных
параметров линии R', G', U, С и круговой частоты со, с которой
изменяются ток и напряжение в начале линии:"
«2 = -^- {R' G' — «в2 L' С) + — у (R'* + со2 L' 2) (G'2 + <о2 С 2
р2=4* w G'—t°a L> c')+—vw2+<**L'2) (°'a+^с'2) •
Величина
a=aj = ln[tf(0, 0/17(1, 0l = InJ/(0, t)fl(l, t)\
называется степенью затухания в линии длиной /*.
* В технике СВЧ употребляется также термин «собственное
[18*]. (Прим. ред.).
-58
(3.3)
(3.4)
затухание»
Логарифмы отношений двух величин одинаковой размерности
часто встречаются в технике связи. Для отношения двух
напряжений, Ui и U2, или двух мощностей, Р\ и Р2, введено 'наименование
степень затухания, вместо 'которого часто, в том числе и здесь
далее, употребляется сокращенный термин затухание. При
'использовании десятичных логарифмов соответствующие единицы
называются децибелами (дБ), а при использовании менее
употребительных ныне натуральных логарифмов — неперами (Нп)
(табл. 3.1).
Таблица 3.1
Децибелы и неперы
Единица измерения
Децибелы
Неперы
Степень затухания
по напряжению
201g(ty.£/2)
ln(t/i/^2)
по мощности
101g(P1/P2)
\ ЩР\1Р2)
Соотношение между
единицами измерения
1 дБ = 0Л15 Нп
1 Нп=8,686 дБ
Наряду с коэффициентами затухания и фазы, аир, другой
величиной, имеющей важное значение для описания свойств
линии, является входное сопротивление бесконечно длинной
линии Zw.
Комплексное сопротивление Zw на входе бесконечно длинной
линии называют ее волновым .сопротивлением. Оно зависит от
первичных параметров линии R', G'', L', С и от круговой
частоты со:
= \zw\ei(e = ZT + iZ},
7 - -l/fl' + ito*-' = \Z
^w— y G' + icoC
Его модуль
I Zw | = V(K* + ii>*L'*)/(G'*+bfiC'z),
а фазовый угол
^=T(arctg—-arcig—).
Смысл понятия волнового сопротивления становится ясным,
если от рассмотрения бесконечно длинной линии перейти к линии
конечной длины. Если линия конечной длины замкнута на
^некоторое сопротивление Z, то решение телеграфных уравнений (3.1)
59
(3.5)
(3.6)
для напряжения 0(х, t) и тока 1(х, t) на расстоянии х от начала
линии имеет вид
V (х, 0 = -L {[£/ (О, О + Z1 (О, о] е-^ +
+[f/(0, 0-2Г/(0,0]е»*};
7(x,0 = i{f/(0, 0 + -^-]е-+ (37)
+ [/(0,0-%^-]е^}.
Первое слагаемое в (3.7), как и в решении для бесконечно
длинной линии, описывает 'волну, распространяющуюся от начала
к концу линии, а второе — волну в обратном направлении. Этой
отраженной от "конца волны, являющейся помехой для передачи
сигналов, можно избежать лишь в том случае, если линия
замкнута на волновое сопротивление, т. е. в (3.7) Z=U(0, /)//(0, /).
Предыдущие рассуждения относились к однородным линиям,
для любого отрезка которых справедлива одна и та же схема
замещения (см. рис. 3.3) с одинаковыми значениями первичных
параметров R', G', U и С. В сетях последовательно включаются
кабели с различными диаметрами проводов и, следовательно, с
различными первичными (параметрами, поэтому возможно
многократное отражение. Их свойства по отношению к передаче сигналов
при этом могут быть определены только путем расчетов или
измерений для каждого отдельного случая.
В области частот примерно от '20 кГц и выше сопротивления
я индуктивности уже нельзя считать не зависящими от частоты.
Здесь уже необходимо учитывать скин-эффект, который вызывает
неравномерное распределение .плотности тока по сечению пар
проводников, а также эффекты, связанные с влиянием соседних, пар
и оболочки кабеля, например потери от вихревых токов.
Более подробно эти вопросы рассмотрены в [3.2—3.6, 3*, 7*].
3.1.1.2. УМЕНЬШЕНИЕ ЗАТУХАНИЯ ПУТЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ
ИНДУКТИВНОСТИ. ПУПИНИЗАЦИЯ
В кабелях затухание возрастает с увеличением частоты. Чтобы
при' их применении в телеграфной сети сделать затухание
возможно меньшим, по крайней мере в полосе ТЧ, велись поиски
методов, которые позволили бы свести к минимуму возрастание
затухания по сравнению с его значением на нулевой частоте. Из (3.3)
можно сделать вывод, что затухание будет не зависимым от
частоты, если
R'CjG'U = \. (3.8)
«о
Это соотношение приблизительно выполняется для воздушных
линий, но несправедливо для кабелей (см. разд. 3.1.2, табл. 3.2,
последняя колонка). Поэтому у кабелей в полосе частот канала ТЧ
затухание значительно больше. Однако, увеличивая индуктивность
L, можно и для кабелей добиться приближенного выполнения
равенства (3.8) и тем самым уменьшения затухания. Этот метод
экономичнее, чем, например, уменьшение согаротивления R за счет
увеличения диаметра провода.
Один из технических способов повышения индуктивности был
предложен Крарумом. Он заключается в том, что жилы
оплетаются проволокой ив ферромагнитного материала. Однако из-за
меньших затрат гораздо чаще используют пупинизированные линии,
названные так по имени их изобретателя. При этом в линию
вводят катушки на определенном расстоянии друг от друга. В ФРГ
в настоящее время применяются катушки с индуктивноетями
Ls=80 од Г на расстоянии s=l,7 км.
Поскольку линия, как это видно из схемы замещения (см.
рис. 3.3), представляет собой фильтр нижних частот, то при
повышении индуктивности граничная частота уменьшается.
'Приближенно ее можно определить по формуле
fg - 1/я VsC'(sL' + Ls), (3.9)
где U та С — первичные параметры линии (на 1 км длины);
Ls — индуктивности пупиновских катушек; s — расстояние между
ними (пупиновское расстояние).
Величину индуктивности Ls нельзя повышать произвольно, так
как граничная частота может слишком уменьшиться. Свойства
пар жил пупинизированных кабелей подробно рассмотрены в
разд. 3.1.3.
"3.1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАР ЖИЛ НИЗКОЧАСТОТНЫХ КАБЕЛЕЙ
Обзор электрических характеристик пар жил низкочастотных
кабелей приведен в табл. 3.2. Для сравнения в этой же таблице
приведены сведения и о воздушных линиях, которые, однако, по
указанным выше причинам далее рассматриваться не будут.
Для передачи данных важны не только сами значения
параметров, приведенные в табл. 3.2 для частоты 800 Гц, но и их
зависимость от частоты. Поэтому на рис. .3.4 показаны наиболее
существенные характеристики жильных пар кабелей — коэффициент
затухания, удельное ГВЗ и волновое сопротивление (см. разд.
■3.1.1.1) в функции от частоты.
.61
«Таблица 3.2
Электрические характеристики воздушных линий и пар жил кабелей на частоте 800 Гц
Тип линии
Воздушная
(бронзовый или медный
проводник)
Пара жил кабеля
(медный провод с
бумажной, воздушной или
полиэтиленовой
изоляцией)
Диаметр
провода й, мм
2
3
4
5
0.4 St III*
0,6 St III*
0,8 St III*
0.9StIII*
Продольное
сопротивление на единицу
длины R', Ом/км
12
5,44
3,16
2,16
300
130
73,2
56,2
Поперечная
проводимость иа единицу
длины С, мкСм/км
1**
}**
J**
j**
1
1
1
1
Индуктивность на
единицу длины I/,
мГ/км
2,2
2,0
1.9
1.8
0,7
0,7
0.7
0.7
Емкость на единицу
длины С, мкФ/км
5.4
6,0
6,4
6,7
36
42
42
34
Коэффициент
затухания а, дБ/км
0,076
0,043
0,027
0,02
1,4
1.0
0,74
0,61
Коэффициент фазы 3,
град/км
-1.1
—1,0
-1.0
-1.0
—9,5
—6,8
—5,2
-4,1
Модуль волнового
сопротивления \Zxsj |, Ом
775
616
560
526
1288
785
588
576
Фазовый угол
волнового сопротивления
Фа), град.
—23,7
-14,3
-9,3
—6,8
—44,6
—44,2
—43,6
—43,2
Удельное время
распространения фазы
т_, мкс/км
3;75
3,54
3.47
3,47
33,0
23,6
18,0
14.3
Удельное групповое
время замедления т„,
мкс/км
3.2
3,4
3,4
3,5
16,7
12,1
9.4
7.6
Отношение R' С/в' I/
29
16
10.6
8
15400
7800
4400
2700
* Обозначение St указывает на звездообразную скрутку кабеля, а цифры при нем (I или III) — на группу по
величине взаимной связи [3.8].
** Среднее значение. В зависимости от погоды (сухая, дождливая, иней) проводимость может изменяться в.
пределах от 0,1 до -100 мкСм/км.
Как видно из рис. 3.4а, коэффициент затухания в соответствии
с (3.3)1 сначала, для низких частот, возрастает пропорционально
\^~f, затем менее круто и для высоких частот, на которых уже
действует скин-эффект, снова, как У~f. Время пробега волны (рис.
3,4б) — как удельное время распространения фазы, так и ГВЗ —
вначале согласно (3.3) уменьшается с возрастанием частоты и
примерно при 50 кГц достигает постоянного значения около
5 икс/км.
Модуль волнового сопротивления (рис. 3.4в) с увеличением
частоты согласно (3.5) примерно до 10 кГц уменьшается, как
4Vf, а приблизительно со 100 «Гц практически уже не меняется
и.составляет около 150 Ом. В этой области (выше 100 кГц)
фазовый угол волнового сопротивления (приблизительно равен нулю
по (3.6), т. е. мнимая часть волнового сопротивления (рис. 3.46)
(пренебрежимо мала по сравнению с его вещественной частью
(рис. 3.4г), иначе говоря, волновое сопротивление здесь
приблизительно вещественно. Таким образом, если линия замкнута на
сопротивление около 150 Ом, то на частотах свыше 100 кГц
можно использовать характеристики затухания и времени
запаздывания, приведенные на рис. 3.4а, б. При частотах ниже 100 кГц
приведенные на этих рисунках значения справедливы лишь в том
случае, если линия замкнута на соответствующее данной частоте
волновое сопротивление и если рассматриваемая область частот так
мала, что волновое сопротивление можно считать приближенно
-постоянным. Если же это не так, то зависимость затухания и ГВЗ
от частоты должна быть рассчитана с учетом определенной длины
кабеля и сопротивления нагрузки.
На 'следующих рисунках показано затухание, рассчитанное по
модулю отношения напряжений на передающем (О0) и приемном
•({?2) концах линий, и ГВЗ, вычисленное по Оо/Оъ для различных
значений сечевия провода, длины линии и сопротивления нагрузки
в зависимости от частоты. При этом положены в основу данные
т.абл. 3.2 и учитывается скин-эффект.
На рис. 3.5 и 3.6 показаны частотные характеристики затухания
и ГВЗ при сопротивлении нагрузки линии 600 Ом, обычном для
телефонных сетей. Обнаруживается, что в полосе ТЧ, т. е. в
диапазоне частот от 300 до 3400 Гц, неравномерность ГВЗ — отличие
ГВЗ от его значения при определенной частоте в интересующем
нас диапазоне (в полосе от 300 до 3400 Гц можно, например,
выбрать 3,4 кГц) — менее 300 <мкс и, следовательно, незначительна
по сравнению с высокочастотными каналами (см. разд. 3.2.2.4).
Неравномерность ГВЗ и затухания будет меньше, если жильные
1 Эти зависимости можно рассчитать, используя заданное выражение с
учетом значений величин из табл. 3.2.
63
~102 2 5 103 2 5 104 2 5 105 2 5 106 Гц
Частота ;»—
Рис. 3.4. Частотные характеристики низкочастотных
кабелей St III (см. табл. 3.2) с различным диаметром
жил и с разными изолирующими материалами:
а) коэффициента затухания а; б) удельного времени
распространения фазы тр (кривые 1, 2, 3); удельного
группового времени замедления хе (кривые 4, 5, 6)
(из-за недостатка места на графике показаны только
кривые для изоляции из сплошного полиэтилена);
е) модуля волнового сопротивления \ZW\; г)
вещественной части волнового сопротивления Zr; д) мнимой
части волнового сопротивления Z3-
Мнимая часть волнового
сопротивления Z
Ё. Вещественная часть волнового
сопротивления Zr
Модуль волнового
сопротивления |ZW|
9°
05
2 UMW
1ч)
1Л5 и ым
о
to
о
О)
3
о
■е-
о
00
2
3 01
о <
1"? s
is ™
§ 5<\
т \
{Сплошной ^>
|полиэтилен
S
S
Бум
ara*
^
1
ЮЛИЭ1
гиле(
п
т
/
^ Бумага
1 1
, 0 0,4 мм
7
ъ _
со
5
2 _
з Л СП
3 Ь "|^
S О ш
ЧЕ° -,
Si ш
з о
i
■е-
р
2
2 з
ОТ
2о<
И
2 _/
3 о -1ч//|
3? "У//
| 5' /7//
\|
/
W/
S
В7
А
//
/
f//
////
///
//
/
/
/
h
'//,
/1
h
Й
1
^
/
/А
IK \
/ з ПСП
О 3 <
зе|з
CD St
О
4»
2
5
?
0
ф 0,6 мм1
ЗПСП
О 3 <
23?
00 so j
<■ ЗЕ ™ У
1 5 5 ш/
II
II
I
Г
1
II/,
/
st /У/
1ИЭТИ/
к
CD
^
^
(
Бумага 'V '
Сплошной i 00,4 мм
ill
If/
//
1
{/
пары замкнуты на сопротивления, ниакоомные по сравнению с
волновым сопротивлением (рассогласование при сопротивлении
источника, превышающем сопротивление нагрузки). Это -показ™
вают пунктирные кривые на рис. З.бб .и 3.6 яри внутреннем шпро-
30
дБ
20
10
я)
Г
■40
30
20
о 10
6)
600 Ом
Л
Кабель
600 Ом
jJ}G2
уу <*
00,8 мм
(8,2 км)
ф 0,6 мм
(4,62 мм)
00,4 мм
(2,00 км)
4 6
Частота -
8 10 кГц
"о|
Кабель
3^
/s
"/Х^
l^*"
^
""
-Rs=RE
"
.——~
:=600 0
^_-— "
М
Rs=25 Om;R£=200 Ом
0 0,8 мм
16,4 км)
0 0,6 мм
(9,23 км)
ф 0,4 мм
(4,0 км)
4 6
Частота —
10 кГц
тивлении источника 25 Ом
и сопротивлении
нагрузки, т. е. входном
сопротивлении приемника 200 Ом.
Такое рассогласование
особенно благоприятно,
если для передачи
данных используется весь
частотный диапазон в
пределах примерно 10
кГц, в котором затухание
и ГВЗ сильно меняются,
поскольку меньшие
неравномерности затухания
и ГВЗ дают и меньшие
искажения сигнала (см.
разд. 5.2.1). Так, рассо-
Рис. 3.5. Частотные
характеристики затухания 20 lg | [/0/[/21
низкочастотных кабелей типа
St.III при различных
значениях диаметра жил, их
сопротивления постоянному току,
внутреннего (выходного)
сопротивления передатчика и
сопротивления оконечной
нагрузки- (см. табл. 3.2). Длина
кабеля, соответствующая
заданному сопротивлению
постоянному току, указана в скобках
под значением диаметра жилы:
а) сопротивление постоянному
току 0,6 кОм; б) сопротивление
постоянному току 1,2 кОм
гласование применяется, например, в модемах для связи на
близкие расстояния со скоростью до 9,6 кбит/с (см. том 2,
разд. 7.3.1.1).
При подключении волнового сопротивления около 150 Ом
затухание и ГВЗ сильно изменяются только в пределах примерно
20 кГц; на более высоких частотах изменения меньше. На рис. 3.7
показаны характеристики затухания и ГВЗ для этого случая при
диаметре жил 0,6 мм и различной длине линии. Выше показанной
166
области частот ватухание возрастает и дальше, а ГВЗ остается
практически .-постоянным.
Очень малое внутреннее сопротивление 'передатчика по
сравнению со 150 Ом хотя и влияет на ход кривой в области .низких
частот, но для высоких частот не вносит серьезных изменений.
400
. МКС
ГВЗ
ф 0,8 мм
(16.4 км)
00,6 ММ
(9,23 км)
ф 0,4 мм
(4,0 км)
10 кГц
, Рис. 3.6. Частотная характеристика ГВЗ,
рассчитанного по UqIOh, для кабелей типа St.HI (см
табл 3.2) с сопротивлением постоянному току
1,2 кОм (соответствующая длина кабеля указана
в скобках'под диаметром жилы) ,
i
Графики затухания и ГВЗ при нулевом внутреннем сотгоотЛ
лении передатчика показаны на рис. 3.8а и б; здесь по сравнению
с рис. 3.7 отражены характеристики и на более высоких частотах-.
; 3.1.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАР ЖИЛ ЛУПИНИЗИРОВАННЫХ КАБЕЛЕЙ
В разд. 3.1.1.2 уже было показано, что путем повышения
индуктивности, а именно введением катушек на определенном
расстоянии друг от друга, т. е. пупинизацией, можно снизить затухание1в
: низкочастотном кабеле в полосе ТЧ. Пупинизация может
осуществляться как в основных, так ив фантомных цепях. Таким спосЬ-
3* - „ i
* —67
110
дБ
100
90
, 80
70
£т 60
50
40
30
20
10
150 Ом
150 Ом
Длиь
23 км
20.7 км
18,5 км
16,1 км
13.8 км
11,5 км
9.2 км
7 км
4,6 км
2.3 км
10 15
Частота —
20
25 кГц
Г83
150 0м
25 кГц.
Рис. 3.7. Частотные характеристики кабелей типа St.III (см. табл. 3.2) с диаметром жилы 0,6 мм:
а) затухания 201g| C/o/t721; б) ГВЗ т({?0/Сз)
^^__4КабеЛ0
150 Ом
7
Частота
6 8 10
Длина кабеля —
14 км
0,2
МО
0,15
ГВЗ
0,1
0.05
б)
ООм 150 0м
,0,3
0,6
/ч
^^" Сопротивление
постоянному току
0,9 1,2 1.5 1,8
Частота
0 кГц
5 кГц
10 кГц
15 кГц
250 к Гц
кОм
4 6 8
Длина кабеля -
10 12
14 км
Рис. 3.8. Частотные характеристики кабелей типа
St.III (см. табл. 3.2) с диаметром жилы 0,6 мм
в зависимости от длины кабеля (при
сопротивлении по постоянному току, соответствующем длине
кабеля):
а) затухания 20 lg_\Oo/Oi\; б) группового времени
замедления t((lelOi)
бом можно повысить дальность передачи по кабелю. Пупинизиро-
ванные кабели занимают, следовательно, промежуточное место
между каналами ближней и дальней связи. В этом разделе они
рассматриваются с точки з;рения свойств линий, а свойства их, как
каналов дальней связи, обсуждаются в разд. 3.2. В разд. 3.1.1.2
уже было отмечено, что в настоящее время в сетях Почтового
ведомства ФРГ для пупинизированных кабелей принято расстояние
между катушками 1,7 км и значение индуктивности катушек в
основных цепях 80 мГ.
В табл. 3.3 .приведены характеристики пушшизированных
кабелей с различным диаметром провода, основанные на данных не-
Таблица 3.3
Параметры пупинизированных кабелей с бумажно-воздушной изоляцией.
Значения, указанные для основных цепей, справедливы и в том случае,
когда пупинизируются только эти цепи
Диаметр
провода
й, мм
Тип скрутки
•
Рабочая емкость
кабеля Се, нФ/км
основной
цепи
фантомной
цепн
Индуктивность катушек
Ls. uT
основной фантомной це-
цепи пи
Пупинизация с расстоянием между катушками s=l,7 км (по немецкому способу)
0,8
0,9
0Г9
1,2
1,2
1,4
1,4
1,4
0,9
0,9
0,9
1,2
1,2
1,4
1,4
ДМ-четверка
»
»
»
»
»
»
Экранированная пара
Звездная четверка
■»
»
»
»
»
»
34
34
34
35
35
36
36
38
34
34
34
35
35
36
36
54
54
54
56
56
58
58
—
92
92
92
94
94
97
97
80
140
80
140
80
140
80
3,2
140
80
80
140
80
140
80
40
56
40
56
40
56
40
—
83
40
30
83
40
83
40
Пупинизация с расстоянием между катушками s=l,83 км (пример
0,9
0,9
1,27
1,27
0,9
0,9
0,9
1,27
ДМ-четверка
>>
»
»
Звездная четверка
»
» ■
»
38,5
34
38,5
38,5
34
34
41
41
62
54
62
62
92
92
ПО
ПО
88
66
88
66
88
88
88
88
50
27
50
27
50
36
36
36
70
мецких и других зарубежных спецификаций. В отличие от
.низкочастотных кабелей местной связи, имеющих диаметр жил от 0 4
до 0,8 мм, в табл. 3.3 указаны только диаметры от 0,8 мм и выше,
поскольку при пупинизации с самого начала диаметр провода
выбирают довольно большим для получения минимального
затухания в .полосе ТЧ и увеличения дальности связи.
В зависимости от расстояния между катушками и значения их
индуктивности кабели называют легко-, средне- или тяжелопупи-
низированными. Типичная для кабелей сетей связи Почтового
ведомства ФРГ пупинизация, упомянутая выше, относится к типу
легких. Старые пупинизированные кабели, которые все еще
применяются в сетях, в некоторых случаях пупинизированы более
тяжело, чем указано в табл. 3.3. В экстремальных случаях их гра-
Окончание табл. 3.3
Затухание в линии на
частоте 800 Гц
(нормируемое значение) а, дБ/км
основной
- - цепи
0,278
0,174
0,217
0,104
0,13
0,087
0,104
фантомной
цепн
0,252
0,165
0,2
0,096
0,113
0,078
0,096
0,39 при 3 кГц
0,47 при 15 кГц
0,174
0,217
0,217
0,104
0,13
0,87
0,104
0,182
0,243
0,278
0,113
0,148
0,096
0,122
Модуль волнового
сопротивления 2ц;, Ом
основной
цепн
1170
1550
1170
1530
1160
1510
1150
270
1550
1170
1165
1530
1160
1510
1150
фантомной
цепн
670
780
670
770
655
760
640
—
730
520
440
720
510
710
495
1 Граничная
| fg-
ОСНОВНОЙ
цепн
4,6
3,5
4,6
3,4
4,6
3,4
4,5
21
3,5
4,6
4,6
3,4
4,6
3,4
4,5
частота,
кГц
фантомной
цепи
5,2
4,4
5,2
4,3
5,1
4,3
5,0
■—
2,8
3,9
4,6
2,7
3,9
2,7
3,9
Граница используемой
полосы частот
fg-0,75, кГц
основной
цепи
3,4
2,6
3,4
' 2,6
3,4
2,6
3,4
15
2,6
3,4
3,4
2,6
3,4
2,6
3,4
фантомной
цепи
3,9
3,3
3,9
3,2
3,8
3,2
3,7
—
2,1
2,9
3,4
2,0
2,9
2,0
2,9
спецификации, принятой в других странах)
0,226
0,235
0,130
0,148
0,217
0,217
0,235
0,139
0,191
0,226
0,113
0,139
0,226
0,269
0,287
0,174
1120
1033
1120
995
1180
1178
1075
1075
666
528
666
507
547
456
425
425
3,9
5,3
3,9
4,7
4,2
4,2
3,8
3,8
4,2
6,1
4,2
' 5,9
3,5
4,1
3,7
3,7
2,9
3,4
2,9
3,5
3,1
3,1
2,9
2,9
• 3,1
3,4
3,1
4,4
2,6
3,1
2,8
2,8
ничная частота лежит около 2 кГц. Однако их роль снижается,
так как по мере развития сетей они выходят из употребления.
В местных сетях пупинизированные кабели применяются на
больших расстояниях, чем в качестве соединительных линий
между узлами коммутации (в ФРГ — на расстояниях до 50 км).
4
дБ
100 км
2
1
0
а)
%
/2
зД
У/
£&*' -
8
4
_дБ_
100 км
2
6)
•■
1 J
/Ль
/2
6
/п
Рис. 3.9. Неравномерность
затухания Да/100 км
для пупинизированно-
го кабеля
относительно значения затухания
на частоте 800 Гц [3.7]:
а) при пупинизации
физических цепей; б) при
пупинизации фантомных
цепей. Значения
параметров указаны в
подписи к рис. 3.10
0,5
1.5 2
Частота
2.5
3,5 кГц
На рис. 3.9 показана неравномерность затухания при условии
подключения волнового сопротивления, а на рис. 3.10 —
неравномерность ГВЗ для различных, в том числе и старых, тяжело-
пупинизированных кабелей, применяемых в ФРГ [3.7].
Показанные зависимости меняются незначительно, если кабели нагружены
на 1,2 кОм, так как это сопротивление в полосе ТЧ примерно
соответствует волновому [3.2].
В качестве отдельного канала связи между аппаратурой
передачи данных пупинизированные кабели выступают реже, чем не-
пупинизированные. Связь с применением тяжело- и среднепупи-
низированных кабелей из-за неравномерности затухания и ГВЗ
может .встречать трудности, если аппаратура лередачи данных
использует почти всю полосу частот канала ТЧ.
3.1.4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПОМЕХИ В КАБЕЛЯХ
Еще одной важной характеристикой многожильных каоелеи
являются переходные помехи, которые возникают из-за емкостных
и индуктивных связей между парами жил. На рис. 3.11 в качестве
72
Рис. 3.10.
Неравномерность группового
времени замедления Дте/100
км для пупинизиро'ванно-
го кабеля по отношению
к значению ГВЗ на
частоте 800 Гц [3.7]:
а) при пупинизации
физических цепей; б) при
лупинизации фантомных
цепей.
5
мс
100 км
3
1 ?
1
со 1
т
|_
* 0
Я а
зэ^-
^
^
i/s
^
=^
г/у
У/6
^
о***^
3,4
^
-—■8
5
мс
100 км
3
2
1
0
б)
1
//
'<S
i
/А
>.
'i.°
-8
0,5
1,5 2
Частота
2,В 3 3,5 кГц
Кривая
1
2
3
4
5
6
7
8
Диаметр
жилы, мм
1,4
1,4
1,4
1,2
0,9
0,9
0,9
0,9
Индуктивность катушки, мГ
(расстояние между катушками
1.7 км)
физические цепи
190...200
140
80
80
190...200
140
80
50
фантомные
цепи
70
56
40
40
70
56
40
20
Затухание на частоте 800 Гц,
дБ/км
физические це-
0,078
0,08
0,10
0,13
0,153
0,160
0,211
0,264
фантомные
цепи
0,078
■ 0,08
0,09
0,117
0,158
0,16
0,182
0,256
примера емкостной связи показаны частичные (межпроводные)
емкости четверки. В них должно учитываться и влияние
отдельных емкостей по отношению к земле, которые не представлены на
схеме замещения. Показателем связи между парами жил 1—3 и
2—4 может служить разность емкостей
*i=(Cm + Cm)-(C„4-Cm).
Если все емкости одинаковы, то &i=0.
Других видов связи пар и четверок жил в многожильном
кабеле здесь касаться не будем. Более подробные сведения о
различных видах связей можно найти в [3.4, 3.8, 3.9, 7*]. Различия ем-
73
костей и обусловленные ими связи возникают из-за 'Неточностей
при изготовлении кабеля. Ограничения на допустимое взаимное
влияние жил в кабелях связи отчасти различны в разных странах.
В ФРГ для кабелей типа St. Ill (см. табл. 3.2) действуют
технические условия VDE 0816 [3.8].
А В
Ближний конец кабеля Дальний конец кабеля
-о-
\) |^2А
U0(©1^"
Пара жил 1
•Jib) f]z,
Рис. 3.11. Частичные Рис. 3.12. К определению переходного за-
(межпроводные) ем- тухания
кости четверки
Исходя из связи жильных пар, можно рассчитать переходное
затухание, которое позволяет судить о кабеле с точки зрения
возможностей передачи информации [3.4]. На рис. ЗЛ2 показаны две
пары жил, включенные согласно условиям их работы. Источник
напряжения с внутренним сопротивлением Z\ создает на входе
жильной пары 1 напряжение \J\a- Если между жильными парами
имеется связь, то на ближнем конце пары 2 возникает напряжение
йъА, а на дальнем ее конце — напряжение 172в. Переходным
затуханием, на ближнем конце называют величину
flW = 201g|tfM/t/2i,l+101g|Z1/Za|t
а переходным затуханием на дальнем конце — величину
.ар = 20 lg \U1B 102В | + Ю lg | ZJZ2\.
Для передачи данных особое значение имеет переходное
затухание на ближнем конце. Оно характеризует действие помехи на
приемник сигнала, подключенный к паре 2 у того же самого
ближнего конца кабеля, на котором установлен передатчик
пары 1, рассматриваемый как источник помехи. Эта помеха больше
той, которая вызвана переходным влиянием на дальнем конце. Так
как при проектировании систем связи необходимо принимать во
внимание наиболее сильные помехи, то в дальнейшем можно
ограничиться рассмотрением только ближних переходных помех.
На рис. 3.13 показаны частотные характеристики переходного
затухания на ближнем конце между парами жил четверок при
нагрузке 150 Ом. Кривые 1 я 2 построены по данным расчета в пред-
74
положении, что принятые при этом значения емкостей связи не
■превышаются у 95 или 99,7% кабелей соответственно. Расчетные
кривые указывают минимальное теоретическое значение
переходного затухания на ближнем конце. При расчете учитывалась
только чисто емкостная связь, .поэтому на графиках с возрастанием ча-
Ю2 2 5 103 2 5 104 2 5 105 2 5 106 Гц
Частота *-
Рис. 3.13. Переходное затухание на ближнем конце между парами жил
соседних четверок (нагрузка 1500 Ом):
кривая / — расчетные значения при диаметре жил 0,4—0,8 мм. длине кабеля 2 км и
емкости связи ft^lOO пФ/300 м; кривая 2 — то же, но й^ЗОО пФ/300 м; кривая 3
—измеренные значения при диаметре жил 0,8 мм
стоты переходное затухание на ближнем конце убывает. То, .что
это имеет место и в реальных кабелях, а также то, что в общем
случае 'измеренные значения переходного затухания на ближнем
конце выше расчетных минимальных значений, следует из .кривой
3 на рис. 3.13, которая показывает минимальные значения,
измеренные на жильных .парах. Если необходимо учесть переходное
затухание на ближнем конце между обеими основными цепями
одной четверки, toi в качестве оценки напряжения шума 'следует
принять минимальный уровень 10 дБ ио отношению к переходному
затуханию на ближнем 'конце между основными .цепями соседних
четверок.
Представленная на рис. 3.13 характеристика переходного
затухания на ближнем конце 'при нагрузке 160 Ом особенно важна
для быстрой передачи данных в первичной полосе частот (см.
разд. 4.2). Системы связи в первичной полосе частот в
большинстве случаев работают в четырехпроводном дуплексном режиме,
т. е. одна основная цепь четверки служит для передачи в прямом
направлении, другая — для 'передачи в обратном направлении.
В общем случае системы передачи данных, использующие
соседние пары жил в полном дуплексном режиме, не мешают друг
Другу из-за переходных помех на ближнем конце, так как
амплитуда сигнала на приеме для борьбы с внешними помехами выби-
75
Таблица 3.4
Системы, использующие низкочастотные кабели местных телефонных сетей
Система
Система
телефонной связи
Система начисления
абонентской платы,
использующая ,16-ки-
логерцовые импульсы
Система
кнопочного набора
(Рекомендация МККТТ Q23) „
Абонентская ВЧ
система
(использование двух каналов ТЧ
одной проводной
пары)
" Модемы (см. том 2,
разд. 7.2, 7.3)
Аппаратура
окончания «аиала данных в
сетях 'передачи
данных (см. разд. 7.4)
-<К1!1 ТЧ.. ■
Фототелеграф
{1 МГц)
икм-зо
Частота или полоса
частот создаваемых помех
Полоса канала ТЧ:
от 0,3 до 3,4 кГц
'16 кГц
Частоты
кнопочного набора в полосе
канала ТЧ (см. том 2,
разд. 7.2.2.2)
10 кГц -
сы набор
24 ±4 кГц
36±4 кГц
52 кГц —
абонентск©
— импуль-
а номера
второй
канал в
прямом
и
обратном
правлениях
импульсы
л платы
Различные области
частот в полосе
канала ТЧ
При скоростях
передачи:
до 300 бит/с
600 ±100 Гц
2700 ±450 Гц;
2,4 и 9,6 кбит/с
до 3 и до 12 кГц
(при некоторых
методах передачи меньше]
/=п-50 Гц до 8 кГц
f=n-8 кГц до 128 кГц
(гдеп=1, 2, 3, ...)
Помеха с полосой
частот 3,1 кГц, появ
ляющаяся в полосе
от .10 до 130 кГц
Цепи, использую -
емые при работе
системы
Соседние
физические цепи
»
»
»
»
»
»
Соседние
четверки
»
»
»
»
Оценка напряжения
помех1, мВ
<0,2
<7
<0,2
<0,09
<0,3
<0,35
<0,02
<0,25
<0,2
<0,07
<0,2
в полосе ТЧ
<0,08
.<0,53
<0,1 для
случайного сигнала
многоканальной связи,
но до 1 мВ для
отдельных
спектральных Линий
1 В первую очередь, для телефонных сетей Почтового ведомства ФРГ. '
76
рается не слишком низкой. Однако передача данных не должна
создавать помех и для других, работающих в том же канале
систем, и, наобо;рот, следует стремиться к уменьшению помех
передаче данных от этих систем. Системы, .которые для местной связи
используют упомянутые выше кабели типа St. III (см. табл. 3.2),
■указаны в табл. 3.4. До тех лор, пака .при передаче данных
минимальная амплитуда сигнала на приеме лежит в области
нескольких милливольт, нет оснований опасаться, как следует из оценок
напряжения шумов в табл. 3.4, помех от этих систем, за
исключением импульсов с частотой заполнения 16 кГц, используемых при
начислении платы, взимаемой с абонента. Может ли передача
данных, в свою очередь, создавать помехи для указанных систем,
зависит от напряжения и спектральных свойств передаваемых
сигналов, а также от скорости передачи. Следовательно, это можно
выяснить только путем расчетов и .измерений в 'каждом
отдельном случае.
3.1.5. НАПРЯЖЕНИЯ ШУМОВ НА ПАРАХ ШИЛ КАБЕЛЕЙ
Так как кабели включаются симметрично по отношению к
земле (см. разд. 3,1.1 ), то напряжения шумов мотут влиять на
передачу сигналов лишь в той мере, в какой имеются отклонения
от симметрии.
Несимметричные по отношению к земле импульсные
напряжения помех появляются, например, вследствие того, что
электромеханические соединители создают в проводах импульсы, в
особенности импульсы вызова; их напряжение равно напряжению
станционной батареи. Большие несимметричные по отношению к
земле напряжения помех могут быть также вызваны влиянием
сильных токов или ударом молнии. При этом могут появиться
импульсы или переменные напряжения с частотами 16—, 50 или
60 Гц и высшие гармоники. В результате скачкообразного
изменения нагрузки и переходных процессов возможны и более
высокочастотные помехи. Особенно следует отметить используемые в
промышленности и на транспорте двигатели с тиристорным
управлением, спектр помех от которых может простираться до'
частот 10 «Гц и даже выше.
Для симметрирования и защиты оконечной нагрузки в линию
иногда включаются разделительные трансформаторы. Этим
достигается защита цепей от помех низкой частоты. Пары жил
кабеля в данном случае уже не являются каналом, пропускающим
постоянный ток.
77
3.2. КАНАЛЫ ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ *
Каналы дальней связи могут быть составлены из участков с
различными свойствами. Для передачи данных представляют
интерес только результирующие свойства канала в целом. Для
каналов ТЧ они обсуждаются в разд. 3.2.2, а для широкополосных
каналов — в разд. 3.2.3. Для понимания этих свойств
целесообразно, однако, вначале коротко остановиться на строении каналов
дальней связи и особенностях их отдельных участков.
3.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАНАЛАХ ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ
Для. подключения абонента к ближайшей коммутационной
станции используются пары жил низкочастотных кабелей (см.
разд. 3.1.2). Длина абонентской линии в общем ограничена
допустимым затуханием; она может лимитироваться и дапустимыми
искажениями сигналов коммутации при их .передаче по
абонентской линии. В частности, для телефонных сетей Почтового
ведомства ФРГ допустимое затухание абонентских линий и других
участков канала регламентируется диаграммой затухания № 55 [3.10].
Связь между станциями непосредственно по паре жил может
быть организована только при небольших расстояниях. Для
обеспечения связи при значительном удалении необходимо либо пупи-
низировать кабели (см. разд. ЗЛ.З), либо через определенное
расстояние усиливать сигналы. Поскольку в телефонной сети
сигналы .передаются в обоих .направлениях, а усилители, вообще
говоря, пригодны для работы только в одном направлении, то
двусторонняя передача на больших расстояниях должна осуществляться
с использованием либо двух разных частотных полос, либо двух
отдельных пар жил, т. е. по четырех/проводной схеме. В
телефонных сетях дальней связи
распространение получил преимущественно
второй способ.
Переход с двухпроводной
абонентской линии на четырехпровод-
ную осуществляется через диффе-
■„„,„,, ~ ренциальный (разветвительный)
■Рис. 3.14. Упрощенная схема диф- г . /* „ о лл\ р„п„
ференциального трансформатора* трансформатор (рис. 3.14). Если
трансформатор включен по схеме
рис. 3.14, причем коэффициент трансформации равен /, то
сигналы могут проходить между парами клемм / и 2, 1 и 3, а
путь между парами .клемм 2 и 3 в (этом идеальном случае закрыт.
Таким образом, сигналы могут передаваться с двухпроводной
линии, подключенной к клеммам /, на четырехгарово'дную линию,
2Z
* См. сноску на с. 55. (Прим. ред.)
78
\
подключенную к клеммам 2, 3, и обратно, не влияя друг «а друга..
Свойства реальных дифференциальных трансформаторов будут
рассмотрены е разд. 3.2.2.5.
Структурная схема телефонного соединительного тракта с
соответствующим переходом от двухпроводной абонентской линии к
четырехпроводной приведена на рис. 3.15. Здесь показано также
О 4 кГц
f-TBJ
Дифф. трансформатор \
К абоненту А_
Абонентская
линия
0 4 кГц
IP
о й
о i
3 4 5 6
N,K,k,N,
68 72 76 80 84 кГц—]
Групповой соеди-
нительный.тракт
(например, первич-. „
ная группа каналов) g и
Р7
и
О 4 кГц
/Дифф. трансформатор
ч-
Абонентская
линия
_К абоненту В
РЗ
О 4 кГц
3 4l 5 6
■ K.N.kX.
68 72 76 80 84 кГц
f —»-
Рис. 3.15. Переход от двухпроводной линии к четырехпроводной и
схематическое изображение частотного разделения каналов ТЧ (в качестве примера
показано преобразование в первичные группы каналов)
объединение .сигналов нескольких каналов ТЧ в группы для
передачи по одной четырехпроводной линии, что на больших
расстояниях более экономично, чем передача речевых сигналов по
отдельным каналам. Системы, использующие частотное разделение
каналов, поскольку оно сопряжено с модуляцией высокочастотных
несущих колебаний, называют системами высокочастотной (ВЧ)
связи. Передача при этом осуществляется по соответствующим
широкополосным каналам: при связи на малые расстояния — по»
■низкочастотным кабелям, на большие — по коаксиальным
кабелям с усилением и амплитудной коррекцией через определенный
интервал либо по радиорелейным линиям.
В ВЧ системах для передачи аналоговых сигналов
применяется однополосная амплитудная модуляция с подавленной несущей.
Каналы ТЧ располагаются с частотным интервалом 4 кГц. В
табл.- 3.5 показано, в какие группы объединяются каналы ТЧ.
Места переходов от одной группы к другой называются уровнями
разделения. Группы каналов и их уровни разделения
регламентированы МККТТ. Между уровнями располагаются частотные
полосы, указанные в табл. 3.5. Для передачи данных в основном ис-
79
Таблица 3.5
Разделение каналов в высокочастотных системах
Канал или группа
каналов
Канал ТЧ
Первичная группа
(ПГ)
Вторичная группа
(ВГ)
Третичная группа
(ТГ) *
Четверичная группа
(ЧГ)
Полоса частот
0,3—3,4 кГц
60-408 кГц
312—552 кГц
812—2044 кГц
8,516—12,388 МГц
Количество каналов и
групп
12 каналов ТЧ
5 первичных
групп — 60
каналов ТЧ
5 вторичных
групп — 300
каналов ТЧ
3 третичные
группы — 900
каналов ТЧ
Примеры систем
передачи по кабелям
Z12 (1 ПГ)
Z24 (2 ПГ)
V60 (.1 ВГ)
V120.(2 ВГ)
V300 (5 ВГ)
V960 (16 В Г)
V1200 (21 ВГ)
V300 (1 ТГ)
V900 (3 ТГ)
V1200 (4 ТГ)
V900 (1 ЧГ)
V2700 (3 ЧГ)
пользуются стандартный канал ТЧ с полосой частот от 300 до
3400 Гц и первичная группа каналов с полосой частот от 60 до
108 кГц.
Наряду с высокочастотными системами при связи на средние
расстояния все большее применение находят системы с ИКМ, в
которых аналоговые сигналы преобразуются для передачи в
цифровую форму [3.11]. При этом берутся периодические отсчеты
сигналов некоторого числа .каналов ТЧ, и отсчетные значения в
определенном диапазоне изменения амплитуд передаются
8-разрядным кодом. С целью повышения качества передачи для малых
амплитуд применяются более мелкие интервалы квантования, чем
для больших. Частота отсчетов составляет 8 кГц. Таким образом,
для передачи любого речевого сигнала 8-разрядным кодом
необходима скорость передачи 64 кбит/с. Такие дискретные каналы ТЧ
разделены по времени. В Европе [3.12] преимущественно
применяют ИКМ системы на 30, а в США — на 24 канала ТЧ. В
европейской системе используют одну дополнительную кодовую
комбинацию для синхронизации и сигнализации. Таким образом, в
европейской системе с частотой отсчетов 8 кГц необходимо
передавать в общей сложности 32 комбинации по восемь разрядов;
система при этом работает со скоростью передачи 2,048 Мбит/с и
обозначается ИКМ-30 [3.12].
Используемые в последующих разделах уровни напряжения и
мощности задаются как логарифмы отношений измеряемого
значения 1к некоторому опорному и выражаются, как уже говорилось
в разд. 3.1.1.1, в децибелах. Чтобы указывать в дальнейшем, ка-
80
кое именно опорное значение имеется в виду, будем использовать
обозначения МККТТ*:
дБ — уровень напряжения по отношению к 0,775 В
(обозначается также дБ (0,775 В) или дБи;
дБт — уровень мощности по отношению к 1 мВт;
йБг — относительный уровень 'мощности, т. е. уровень
мощности по отношению к мощности в определенной точке системы
(точке с относительным уровнем мощности 0 дБг);
. дБгпО — уровень мощности по отношению к 1 мВт, заданный
для точки с относительным уровнем мощности 0 дБг.
, Дополнительно еще вводится буква «р», если речь идет о псо-
фометрической оценке, т. е. оценке в соответствии со спектральной
чувствительностью человеческого уха: дБтр и дБОр.-
3.2.2. КАНАЛЫ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ
Каналы ТЧ, организованные с применением аппаратуры
частотного разделения .«ли ИКМ, позволяют устанавливать между
абонентами телефонной сети автоматические соединения, которые
могут быть использованы и для передачи данных с помощью
модемов (см. том 2, разд. 7.2). В других случаях эти каналы
служат для образования постоянных (некоммутируемых)
соединительных трактов, передача данных по которым возможна с
применением не только модемов, но и многоканального оборудования
(см. том 2, разд. 7.4.2). Постоянные соединительные тракты, как
каналы с особым качеством, согласно Рекомендации МККТТ
М.102 предназначены для передачи данных от административных
учреждений; они могут быть использованы в некоммутируемых
сетях (см. том 2, разд. 9.5).
3.2.2.1. МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ
При передаче .данных с .помощью модемов тю каналам ТЧ
максимально допустимый уровень передачи в соответствии с
Рекомендацией МККТТ V.2 может составлять не более —10 дБтО. В
отдельных странах, однако, в настоящее время установлен уровень
передачи ниже предписанной МККТТ верхней границы, например
в сетях Почтового ведомства ФРГ только —15 дБтО. Таким
образом, в ФРГ с учетом диаграмм затухания [3.10] на входе
абонентских линий допустим только уровень мощности ■—бдБт.
Чтобы в случае необходимости согласовать уровень передачи с
возможностями связи, большая часть ведомств связи требует
одного, установленного в определенных пределах уровня передачи,
например для модемов между 0 и —15 дБт.
* В отечественной литературе такого рода обозначения обычно не
используются. (Прим. ред.).
81
Суммарный уровень мощности систем тонального
телеграфирования, работающих с частотным разделением каналов, также
регламентирован нормами MJKKTT [3.14]; он выбран более
высоким, чем для 'передачи данных с помощью модемов, поскольку
количество систем тонального телеграфирования на одну первичную
группу может ограничиваться (см. том 2, разд. 7.4.2). В то время
как в старых системах применялась амплитудная модуляция,
современные работают почти исключительно по принципу частотной
модуляции и имеют суммарный уровень мощности —8,7 дБтО;
при установлении этого значения особое внимание было
обращено на обеспечение возможности модуляощи. Вообще следует
отметить, что при наложении сигналов в многоканальных системах с
частотным разделением пиковое значение напряжения может быть
равным сумме пиковых значений напряжений в отдельных
каналах. Тогда уровень мощности одного из п сигналов получается
равным 1/п от заданного суммарного уровня мощности; пиковое
напряжение этого сигнала составляет 1/ \/ п от того пикового
напряжения, которое имел- бы одиночный синусоидальный сигнал
заданной мощности. Таким образом, пиковое напряжение суммы
п отдельных сигналов, разделенных по частоте, может быть в
V п раз больше пикового напряжения одиночного аигнала той же
мощности.
3.2.2.2. МИНИМАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ И ОСТАТОЧНОЕ ЗАТУХАНИЕ
Для помехоустойчивой передачи данных минимальный
уровень на- входе приемного устройства имеет решающее значение.
Он определяется уровнем передачи и затуханием канала связи
между передатчиком и приемником, так называемым остаточным
затуханием.
Для модемов, применяемых в коммутируемых телефонных
сетях общего пользования, соответствующими рекомендациями
МККТТ, например V.21, V.23 и V.26, в качестве нижней .границы
уровня приема принято значение —43 дБт. Таким образом, при
•уровне передачи —6 дБ, установленном для телефонной сети
Почтового ведомства ФРГ, в соединительном тракте допустимо
остаточное затухание до 37 дБ. Частотные характеристики
остаточного затухания телефонных соединительных трактов, измеренные
этим ведомством в 1966 [3.15] и 1970 гг. [3.16], показаны на рис.
3.16. Как видно, на частоте 2500 Гц в неблагоприятном случае
50% соединительных трактов имеют остаточное затухание ниже
20 дБ, 90% — ниже 26 дБ и 99% — ниже 29 дБ. Измерения,
проведенные в телефонных сетях других ведомств (например, [3.17,
3.18]), также показывают, что на частоте 2500 Гц только у
незначительной части соединительных трактов национальных сетей
82
остаточное затухание превышает 30 дБ. Согласно обстоятельным
исследованиям трактов международных телефонных сетей ГЗ 191
остаточное затухание, на частоте 2500 Гц в 95% всех случаев' не
превышает 33 дБ. Наи- J
высшее измеренное
значение остаточного
затухания составило
около 40 дБ. Передача
данных по
соединительным трактам с таким
уровнем невозможна. В
этом случае можно
только попытаться
путем повторного вызова
установить более
благоприятное соединение.
Рис. 3.16.
Характеристики остаточного затухания
в телефонной 'сети
Почтового ведомства ФРГ
[3.15, 3.16]
3,5 кГц
Так как использование некоммутируемых двух- и четырехпро-
водных линий .позволяет выбрать благоприятный тракт передачи,
то в этих случаях можно рассчитывать на остаточное затухание'
менее 20 дБ.'Особенно типично это значение для телефонных
соединительных трактов высокого качества, предназначенных для
передачи данных согласно Рекомендации МККТТ МЛ 02 [3.20].
Для модемов, работающих в таких трактах, Рекомендациями
МККТТ V.26 и V.27 установлен минимальный уровень приема
—26 дБт.
3.2.2.3. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ЗАТУХАНИЯ
Наряду с абсолютным значением затухания, при .передаче
данных представляет интерес и зависимость затухания от частоты —
неравномерность затухания. На рис. 3.17 показаны огибающие
неравномерности затухания по отношению к значению затухания на
частоте /=800 Гц, .построенные по данным измерений в
телефонных сетях Почтового ведомства ФРГ [ЗЛ5]. Измерения
проводились в 1966 г. из двух пунктов, 1 я 2, расположение которых не
изменялось по отношению к большому числу других пунктов
указанных сетей. При этом абонентская линия, ведущая к пункту 1,
была намного длиннее, чем к .пункту 2, что отчетливо видно по
более сильному подъему области между крягавыми / и V на высо-
83
ких частотах. На рис. 3.18 .показана область неравномерности
затухания, построенная на основе большого числа измерений на
международных линиях автоматической телефонной свяви [3.19].
Рис. 3.17. Огибающие
неравномерности затухания по
отношению к его значению
на частоте 800 Гц,
построенные по результатам
измерений в двух пунктах (/ и
2) телефонной сети
Почтового ведомства ФРГ [3.15].
Все измеренные "значения
лежат между кривыми / и
1' или соответственно 2
и 2'.
2,5 ^ 3 кГц
Частота
Как видно из рис 3.17 и 3.18, неравномерность затухания
имеет две причины: ограничение полосы частот в системах ВЧ или
ИКМ и рост затухания абонентских линий (см. рис. 3.5а) или пу-
пинизированных кабелей (см. рис. 3.9) с повышением частоты.
кГц
Нижняя граница -• ..
Рис. 3.18. Области
рассеяния
неравномерности затухания
по отношению к его
значению на частоте
800 Гц в
соединительных трактах
международной связи [3.19]
Рассмотренные кривые неравномерности затухания
соединительных трактов коммутируемых телефонных сетей в общем
справедливы и для некоммутируемых линий связи.
На рис. 3.17 и 3.18 отмечены границы допустимой
неравномерности затухания для телефонных соединительных трактов особого
84
качества, предусмотренных Рекомендацией МККТТ М.102 [3.20].
Можно заметить, что в эти границы попадает лишь небольшой
.процент соединительных трактов, поэтому организация таких
трактов требует индивидуальной коррекции характеристик, прежде
всего неравномерности затухания абонентских линий.
В будущем, с расширением использования систем ИКМ,
которые имеют более простые фильтры, чем В'Ч системы,
неравномерность затухания на границах полосы частот будет меньше.
3.2.2.4. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ГВЗ
В то время как на качество передачи речевых сигналов
зависимость ГВЗ от частоты, т. е. неравномерность ГВЗ, не влияет,
так как человеческое ухо к ней нечувствительно, при передаче
данных ее 'следует учитывать (см. разд. 5.2.1).
Неравномерность ГВЗ в телефонных трактах обусловлена
практически только фильтрами системы ВЧ или ИКМ и пупинизи-
ровднными кабелями. Неравномерность ГВЗ высокочастотного
тракта телефонного канала показана на рис. 3.19. Для сравнения
на этом же рисунке показано ГВЗ для системы ИКМ-30
акционерного общества Сименс. з,5|- i
Нанесены также грани- iмс Ё
цы допусков согласно
Рекомендации
М.102.
.мккт
3,5
А мс
1 3
2 2.5
Рис. 3.19. Неравномерность
ГВЗ высокочастотного
тракта (по сравнению с ГВЗ на
частоте 2000 Гц) и тракта
ИКМ (по сравнению с ГВЗ
на частоте 1500 Гц)
1.5
1
0.5
0
Граница допустимых
значений по
Ерек.М. 102 МККТТ
ВЧ тракт
0,2 0,5
Неравномерность ГВЗ, обусловленная затуханием абонентских
линий, существенно меньше (сравните, например, рис. 3.6 и 3.19).
Эта неравномерность при различных соединениях, иногда даже
между одними и теми же абонентами, неодинакова из-за
различий в числе и характеристиках включаемых фильтров ВЧ тракта.
Кроме того, 'неравномерность ГВЗ имеет разные значения в
отдельных национальных сетях (см., например, [3.15, 3.21]). В
сети Почтового ведомства ФРГ 50% всех телефонных трактов
включают в себя от двух до трех, максимум до пяти, участков ВЧ ■
тракта. На международных линиях их число может доходить
до 12.
Графики неравномерности ГВЗ, измеренной в сетях Почтового
ведомства ФРГ [3.15], показаны на рис. 3.20, а в международ-
85
ных линиях [3.19] — на рис. 3.21. Приведенные «а рис. 3.20 и
3 21 значения с увеличением использования систем ИКМ, как
видно из рис. 3.19, становятся меньше. Кривая рис. 3.19 построена
по данным измерений в одной из систем ИКМ. Согласно Реко-
кГц
Рис. 3.20. Огибающие
неравномерности ГВЗ по
отношению к значению ГВЗ на
частоте 2000 Гц, построенные
по данным измерений в
двух пунктах (il и 2)
телефонной сети Почтового
ведомства ФРГ. Все
измеренные значения лежат между
кривыми 1 к 1' или
соответственно 2 и 2' [3.15]
мендации МККТТ G.712 [3.22] значения ГВЗ могут лежать в
пределах допусков, составляющих половину тех, что
предусмотрены Рекомендацией МККТТ М.102. Тем самым возможно, как
Рис. 3.21.
Неравномерность ГВЗ по сравнению
с его значением на
частоте 2000 Гц в полосе
500 Гц с центральной
частотой 3200 Гц [3.19]
7
мс
k 6
«О
СО
1—
ь 5
о
о
о. 4
S
о
го «Э
эра
I 2
1
100%'
- 95%
-
75%
50%
25%
- 5%
НиЖг
" гран
a i
1 м '—
0,2 (
д
1 \ Граница допустимых ;
Е\ \ . значений по :
Е\\ рек. М.102 МККТТ :
- \\ z
\N\\ ■ \
sVw|l ;
ица \К\Х / _
_l—OjgJr?:l>J>i \/\\\.
1 1 T==^^B^b.*ji^^^^^^.
i Г
.100%
/ 95%
/ / 75%
' //50%
1/Угъ%
/Jis^A B% Нижняя
g=2^^f °70, граница
3,5 1 1.5 2 2.5 3 3.2 3,5 Kl u
Частота *-
видно из рис. 3.19, чтобы неравномерность ГВЗ тракта И КМ
соответствовала бы неравномерности ВЧ тракта. В какой степени
неравномерность ГВЗ может быть уменьшена, можно будет
выявить при последующих измерениях в сетях.
86
Из рис. 3.20 и 3.21 видно, что при верхней граничной частоте
большая часть коммутируемых трактов удовлетворяет допускам,
предусмотренным Рекомендацией МККТТ М.102 для трактов
особого качества, даже без коррекции, а при нижней граничной
частоте — лишь в немногих случаях. Для ■некоммутируемых двух-
или 'Четырехпроводных линий область разброса значений ГВЗ
можно 'принять несколько суженной по сравнению с
коммутируемыми линиями, поскольку возможно их .совместное включение.
3.2.2.5. ЗАПАЗДЫВАНИЕ СИГНАЛА И ЭХО-СИГНАЛЫ
В полудуплексном режиме и в некоторых других случаях,
например при использовании систем с обнаружением ошибок и
повторением искаженных блоков данных, имеет значение и
абсолютное время замедления, характеризующее запаздывание сигнала
данных. Если речь идет только о системах ВЧ связи с
применением кабелей или радиорелейных линий, то для таких систем
запаздывание сигнала в пределах одной страны составляет
несколько миллисекунд. Общее запаздывание в пределах Европы, как
правило, не превышает 50 мс. Если, однако, передача
осуществляется через спутники, сигнал может запаздывать на время до
300 мс.
Запаздывание сигнала также имеет значение тогда, когда при
переходе с двухпроводной линии на четырехпроводную (см. рис.
3.15) через дифференциальный трансформатор прямой и
обратный пути разделены не полностью и поэтому возникает
эхо-сигнал. Неполное разделение прямого и обратного путей
прохождения сигнала возможно при неидеальном включении
дифференциального трансформатора. Затухание в разветвлении, т. е.
затухание между парами клемм, 2 и 3, трансформатора (см. рис. 3.14),
в отличие от идеального случая, становится уже не бесконечно
большим, а конечным, и сигнал, поступающий на клеммы 2, все
же попадает (хотя и с некоторым затуханием) на клеммы 3.
От места передачи (при телефонной связи — от говорящего)
из-за неидеальной работы трансформатора сигнал с некоторым
запаздыванием (равным времени прохождения прямого и
обратного путей по четырехпроводной линии и удвоенному времени
запаздывания в абонентской линии, см. рис. 3.15) ослабленным
возвращается назад к говорящему. Этот сигнал называют эхом у
говорящего. Если, возвращаясь, сигнал вновь преобразуется одним
из таких неидеальных дифференциальных трансформаторов,
имеющихся в канале передачи от говорящего к слушающему, то
удаленный абонент через некоторое время, равное времени
прохождения сигнала по четырехпроводной линии туда и обратно,
воспримет эхо-сигнал, называемый эхом у слушающего.
87
"Разность .между уровнями полезного сигнала и эхо-сигнала
у говорящего складывается из двойного затухания абонентской
линии, затухания дифференциального трансформатора и
возможного затухания четырехпроводной линии. Разность между
уровнями 'полезного сигнала и эхо-сигнала у слушающего
представляет собой сумму затуханий дифференциальных трансформаторов
на стороне говорящего и слушающего и возможного затухания
четырехпроводной линии.
Эхо у говорящего может создавать помехи передаче данных
лишь при смене ее направления, если после окончания передачи
сигнала приемщик включается прежде, чем прекратился
эхо-сигнал, т. е. ме соблюдается эхозащитный интервал времени (ом.
том 2, разд. 7.1.1.5). Эхо у слушающего при соответствующей
амплитуде всегда может мешать приему сигналов данных и поэтому
более существенно, чем эхо у говорящего.
При измерении затухания в телефонном тракте эхо у
слушающего проявляется в волнообразном характере частотной характе-
ристики затухания (рис.
1 ' ' ' ' ' |^5*н 3.22), поскольку
амплитуды полезного сигнала
(Us) и эхо-сигнала (йЕ)
в зависимости от задерж-
3,5 кГц
Рис. 3.22. Типичный вид
кривой, неравномерности
затухания при сильном
влиянии эха (измеренные
значения отнесены к
значениям затухания при
1700 Гц) [3.17]
ки или фазы могут складываться или вычитаться, так что при
изменении частоты возникают максимумы и минимумы затухания
{о-тах и flWn). Разность этих экстремальных значений
20 lg- N + l^
я,
ЛГП1П
\us\~\UE\
Отсюда можно найти затухание эха у слушающего аЕ, т. е.
логарифм отношения напряжения полезного сигнала Us к
напряжению эхо-сиганала 0Е:
aE = 20\g\Us/UE\.
Затухание эха у слушающего в некоторых соединительных
трактах может быть довольно малым, как видно из рис. 3.22
[3.17], где показано влияние эха на неравномерность затухания.
Измерения, проведенные в телефонных сетях Почтового
ведомое
ства ФРГ, однако, показали, что для 95% всех соединительных
трактов затухание эха у слушающего (Превышает 19 дБ [3.15].
Зхо создает 'наибольшие помехи -при запаздывании сигнала
примерно на 100 мс и больше, а также 'при разговоре между
двумя абонентами. Поэтому в соединительных трактах, где
возможны такие помехи, за дифференциальным трансформатором на
четырехпроводной линии устанавливают эхо-заградители [33*].
Последние устроены так, что при наличии .на четырехпроводной
линии сигнала в направлении приема, в направлении 'передачи
включается звено затухания на то время, тюка прием сигнала не
прекратится [3.23]. При наличии в линии эхо-заградителей
дуплексная передача данных .невозможна. Поэтому предусмотрено их
отключение тональным сигналом частотой 2100±21 Гц и
длительностью не менее 400 мс. После подачи такого сигнала
эхо-заградители остаются отключенными в течение всего времени, пока в
обоих 'направлениях по линии передаются сигналы данных
длительностью более 100 мс.
3.2.2.6. СДВИГ ЧАСТОТЫ И ФАЗОВОЕ ДРОЖАНИЕ
К свойствам рассматриваемых каналов связи относится также
сдвиг частоты, т. е. смещение по частоте всего спектра сигнала.
Такой сдвиг возникает при передаче речевых сигналов методом
однополосной модуляции с подавлением несущей и обусловлен
тем, что частота опорного колебания, используемого для
демодуляции на приеме, может отличаться от частоты несущего
колебания, модулируемого на передаче. В качестве предельного сдвига
частоты в телефонных каналах длиной до 2500 км МККТТ
рекомендует брать значение ±2 Гц [3.24]. Однако по допускам на
отклонения частот генераторов систем ВЧ связи достаточно
маловероятным является только сдвиг ±5 Гц [3.24]. Это же
предельное значение предусмотрено и для соединительных трактов,
отвечающих Рекомендации МККТТ МЛ02. В сетях ФРГ сдвиг
частоты для подавляющего большинства соединительных трактов не
превышает 2 Гц; в 99% всех трактов коммутируемых телефонных
сетей США он менее 1,1 Гц [3.21]. Чтобы, однако, учесть,
возможные экстремальные случаи, особенно на международных
линиях, рекомендации МККТТ для аппаратуры передачи данных
(см. том 2, разд. 7) исходят из сдвига частоты ±6 Гц.
Следует рассмотреть также фазовое дрожание * передаваемых
сигналов (джитхер-фазы). Это явление в основном возникает
из-за модуляции несущего колебания фоном переменного тока.
До сих пор были известны лишь результаты измерения фазового
дрожания в телефонных сетях США [3.21]: в диапазоне частот
Русский термин установлен [25*]. (Прим. ред.).
89
от 12 до 798 Гц 90% всех соединительных трактов имеют
фазовое дрожание менее 7°, а в диапазоне от 48 до 96 Гц — менее 2°.
Для телефонных трактов особого качества, предусмотренных
Рекомендацией МККТТ М.102, ,на частотах от 20 до 300 Гц
временно допускается фазовое дрожание до 15°.
Для новых ВЧ систем МККТТ требует, чтобы при модуляции
■фоном переменного тока затухание боковых полос было более
чем ,на 45 дБ [3.25]. Максимальное значение фазового дрожания
при этом составляет 1,3°. Таким образом, можно ожидать, что в
•будущем, когда более старые ВЧ системы выйдут из
употребления, фазовое дрожание будет меньше.
3.2.2.7. ПОМЕХИ
Среди помех? действующих в канале связи, следует различать
распределенный во времени флуктуационный (фоновый) шум,
синусоидальные помехи и случайно появляющиеся импульсные
помехи. Важно при этом, где появляются помехи в тракте передачи.
В соединительных трактах, связь по которым осуществляется с
ограничением полосы частот (при использовании систем ВЧ или
пупинизированных кабелей), ограничиваются по частоте и шумы,
если, конечно, они не возникают в абонентской линии на
приемной стороне (см. разд. 3.1.5). Наряду с помехами от посторонних
систем, ниже будут рассмотрены и случайные помехи,
обусловленные самими сигналами данных, — скачки амплитуды и фазы.
Флуктуационные помехи в каналах телефонной связи
возникают, с одной стороны, из-за шумов в пассивных и активных
элементах ВЧ или ИКМ тракта, с другой стороны, из-за переходных
помех между отдельными каналами ТЧ ВЧ тракта или б
низкочастотном кабеле (см. разд. 3.1.4), а также вследствие
посторонних помех, например, от радиостанций и силовых электрических
сетей. Спектр флуктуационной помехи в полосе частот канала ТЧ
приблизительно соответствует спектру белого шума, а ее уровень
на входе абонентской линии, как доказано обширными
измерениями в телефонных сетях, лишь в исключительных случаях
превышает —45 дБт (см., например, [3.19]).
Более важным, чем это абсолютное значение, является
отношение сигнал/шум, т. е. разность между уровнем полезного
сигнала и уровнем шума в полосе частот телефонного канала.
Измерения на международных телефонных линиях показывают, что
при 90% всех соединений отношение сигнал/шум более 30 дБ; ни
при одном из соединений не наблюдалось значение ниже 12 дБ
(уровень передачи при этих измерениях был около ОдБт) [3.19].
Важнейшим видом синусоидальных помех являются
напряжения фона переменного тока, появляющиеся на абонентских линиях
телефонных сетей от токов наводок, и в некоторых случаях — пе-
90
редаваемые по этим линиям импульсы абонентской платы.
Фоновые .напряжения, которые обусловлены буферным режимом
работы станционной батареи совместно с силовыми цепями
приборов сети, имеют обычную для силовых цепей частоту, т. е. 50 или
60 Гц, а также соответствующие высшие гармоники, и могут
достигать действующего значения примерно 100 мВ. Частота
заполнения импульсов абонентской платы различна в разных странах.
В ФРГ, например, она составляет 16 кГц, а в других странах —
10 или 12 кГц. Уровень импульсов абонентской платы на входе
абонентской линии достигает +20 дБ, а максимальное
напряжение, наводимое при этом в соседних жилах, может быть около
7 мВ (действующее значение) (см. табл. 3.4).
Импульсные помехи в телефонной сети могут быть вызваны
сотрясениями механических контактов, например, от движения
соседних искателей. Возникающее при этом результирующее
изменение сопротивления вызывает изменение шлеифовых токов в
абонентской линии. Кроме того, при несимметричной
манипуляции в процессе .набора номера появляется напряжение помех,
соответствующее несимметрии цепи. Типичная помеха этого вида
показана на рис. 3.23.
Для измерения импульсных помех применяют счетчик
импульсов согласно Рекомендации МККТТ V.55 [3.26] (см. том 2,
разд. 11.2.4.2). Результаты
измерений количества импульсов по- „.,,„_.. „
•я
мехи, появляющихся в определен- юо..:" " .. ,'}
ном интервале времени (МККТТ
рекомендует время измерения 15 ig
'=!*■■
мин) и превышающих определен- ;§ „ * ,&: и;г
ныи порог измерения, для меж- ;^ ■-:■.*■■ •;■ - 'sj.CVs
-100- .,-...
О 1О0 2<Й 3G0
дународных линии
автоматической связи и телефонных сетей
Почтового ведомства ФРГ
приведены в табл. 3.6. Результаты этих
измерений, как и измерений
флуктуационного шума, только
■тогда могут служить основой для
"суждения о возможности переда- ^Тп^ГпТб^^Г "
■ чи данных, когда известно
отношение уровня полезного сигнала, т. е. сигнала данных, к уровню,
•при «отором регистрируется импульсная помеха. Такого рода
измерения до сих пор не опубликованы.
Подробные данные по измерениям частоты следования
импульсных помех в некоммутируемых телефонных линиях
неизвестны. Однако по сравнению с коммутируемыми соединительными
■трактами есть основания ожидать значительно меньше
импульсных помех.
91
Таблица 3.6
Число импульсных помех, которые были зарегистрированы в телефонных
соединительных трактах в течение 15 мин с помощью счетчика импульсных
помех в соответствии с Рекомендацией МККТТ V.55 [3.26]
Доля
соединительных трактов, в
которых число
импульсных помех ие
превышает норму.
%
5
50
75
95
Соединительные тракты
международной связи [3.19].
Уровень :— 18 дБ m
при наличии ПР" наличии
сглаживающе- полосового фи-
го фильтра льтра канала
(в соответствии с
Рекомендацией МККТТ V.55
*
32
430
960
6900
5
90
220
550
Соединительные тракты телефонных сетей
Почтового ведомства ФРГ [3.15] прн наличии
сглаживающего фильтра (в соответствии с
Рекомендацией МККТТ V-55)
Уровни :
—20дБт
5
5
50
—25 дБ т
5
5
по
—30 дБт
5
8
150
—40 дБ т
19
70
190
О скачках амплитуды до сих пор мало что известно. В
настоящее время установлено, что они вызываются, например,
переключениями отдельных участков канала связи. При этом
возможны как повышения, так и занижения уровня принимаемого
сигнала вплоть до полного прекращения связи — перерыва.
Такие перерывы могут иметь длительность от миллисекунд до
секунд. Судя ио ранее проведенным измерениям, следует
рассчитывать 'на несколько 'перерывов в день на одно соединение' [3.27].
Типичный кратковременный перерыв показан «а рис. 5.10 в
разд. 5.2.4. Рекомендациями МККТТ предусмотрены
измерительные устройства, позволяющие определить занижение уровня (см.
том 2, разд. 11.2.5). Возможно, с их помощью удастся получить
более точные представления о длительности и частоте появления
занижений уровня.
Помеха, которую можно рассматривать и как импульсную
помеху, и как скачок амплитуды, возникает в системах ИКМ из-за
■ошибок, появляющихся при передаче символов кодовой
комбинации (см. разд. 3.2.1). Искаженная кодовая комбинация при
декодировании дает ошибочное значение аналогового сигнала.
Возникает скачок значения сигнала, имеющий форму импульса
длительностью около 0,3 'мс. Среднее расстояние между этими
скачками зависит от частоты ошибок. По последним результатам
дискуссий в МККТТ -следует ожидать временного интервала в
несколько секунд (при заданном предельном значении вероятности
ошибки Ю-5).
В заключение следует упомянуть также' о скачках фазы,
которые до сих пор тоже мало изучены [3.28].
92
3.2.2.8. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
В каналах телефонной связи имеют место также нелинейные
искажения. Они возникают при передаче аналоговых сигналов по
ВЧ тракту из-за нелинейности модуляционной характеристики.
Поэтому МККТТ разработаны рекомендации, касающиеся
линейности канальных преобразователей ВЧ систем [3.29].
Обобщающие данные измерений нелинейных искажений в европейских
телефонных сетях отсутствуют; к настоящему времени лишь в
США проведены измерения [3.21]. В Рекомендации МККТТ
М.102 временно предлагается минимальное затухание 25 дБ для
всех высших гармоник по сравнению с основной частотой 700 Гц
с уровнем —13 дБтО.
К нелинейным искажениям следует отнести также отклонения
от передаваемых аналоговых значений, возникающие вследствие
их округления до значений дискретного растра (квантования) в
системах ИКМ. Действие квантования можно рассматривать как
шум; согласно оценке, данной в [3.22], минимальное отношение
сигнал/шум с учетом используемого при передаче данных уровня
составляет 34 дБ. Ущерб для передачи данных со скоростями до
2400 бит/с при этом весьма незначителен [3.30, 3.31]. Для более
высоких скоростей при заданном отношении сигнал/шум также
не следует ожидать существенного влияния этого шума. Правда,
в Рекомендаций МККТТ М.102 задано минимальное отношение
сигнал/шум, равное 22 дБ, при котором это влияние может быть
более сильным.
3.2.3. СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ТРАКТЫ НА ОСНОВЕ ПЕРВИЧНЫХ ГРУПП КАНАЛОВ
Из групп каналов ВЧ систем (см. табл. 3.5) для передачи
данных, прежде всего, используются первичные группы. Они
охватывают область частот от 60 до 108 кГц, занимая, таким образом,
полосу в 48 кГц. Однако эта полоса не может использоваться для
передачи данных как единое целое, поскольку при частотном
разделении речевых сигналов в промежутке между двумя каналами
ТЧ для регулирования уровня передается пилот-сигнал частотой
54,08 кГц. При использовании для передачи данных первичных
групп каналов согласно Рекомендации МККТТ G.241 [3.32]
частота пилот-сигнала составляет 104,08 кГц. Таким образом, в
данном случае в распоряжении имеется лишь полоса частот
примерно от 60 ко 102 кГц.
Кроме того, при передаче данных существенную роль играет
структура соединительного тракта, использующего первичные
группы каналов. Полосой частот от 60 до 108 кГц
характеризуется лишь участок тракта, который начинается от так называемого
распределителя первичных групп, а не от абонента. На участке
93
от указанного распределителя до абонента или до аппаратуры
временного разделения каналов (в сетях передачи данных)
передача должна осуществляться по физическим парам кабелей (см
том 2, разд. 7.3 и 7.4). v
Так как свойства пар жил кабелей, в том числе .и «а частотах
до 108 кГц, уже обсуждались в разд. 3.1, а относительно свойств
всего соединительного тракта, организованного на основе
первичных групп каналов, до сих пор нет публикаций, то мы коснемся
только той части тракта, которая .находится между входами и
выходами распределителей первичных групп каналов.
3.2.3.1. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ЗАТУХАНИЯ И ГВЗ
Фильтры, необходимые для разделения первичных групп
каналов в ВЧ системах — основные фильтры первичных групп,
заграждающие фильтры для пилот-сигналов и преобразователи, —
сами вызывают неравномерность затухания и ГВЗ, даже если
предполагать, что абонентские линии достаточно хорошо
скорректированы. Следует принимать во внимание и влияние фильтров
вторичных групп каналов. Величина неравномерности затухания
весьма незначительна. Поэтому на рис. 3.24 показана только не-
140
1МКС
1
m
i_
■О
О
т.
U
09
О
т.
ш
€0
О.
09
X
120
100
80
R0
40
?Л
0
60 70 80 90 100 108 кГи
Частота —»-
Рис. 3.24. Неравномерность ГВЗ соединительных трактов на основе первичных
групп каналов:
кривая / — неравномерность ГВЗ основных (канальных) фильтров первичных групп но
отношению к ГВЗ на частоте 84 кГц; кривая 2 — неравномерность ГВЗ заграждающих
. фильтров для пилот-сигналов на частоте 104,08 кГц по отношению к значению ГВЗ иа
частоте 60 кГц; кривая 3 — неравномерность ГВЗ канальных фильтров вторичных групп •
по отношению к ГВЗ на частоте 108 кГц (они оказывают влияние лишь тогда, когда
используются крайние первичные группы, например в данном случае пятая первичная
группа)
равномерность ГВЗ, вызываемая фильтрами первичных групп и
другими перечисленными выше элементами ВЧ систем.
Для передачи данных фильтры первичных групп в
соответствии с Рекомендацией МККТТ Н.14 [3.33] корректируются таким
'94
Граница допустимых
значений по рек.
Н. 14. МККТТ
UIJ.I.
образом, чтобы неравномерность ГВЗ на частотах от 68 до
100 кГц была менее 10 мкс. Для всего тракта, созданного (на
основе первичных групп с п фильтрами в указанной полосе частот
допустимое значение неравномерности ГВЗ составляет (п-10+5)
мкс, а неравномерности затухания — 2 дБ [3.33]. (К допустимой
неравномерности ГВЗ по 10 мкс на каждый фильтр добавляется
еще 5 мкс на весь тракт в целом для учета влияния остальных
элементов ВЧ системы.)
В общем случае исходят из того, что национальные
соединительные тракты, созданные на основе первичных групп каналов,
включают в себя по два канальных фильтра; таким образом при
коррекции фильтров по Рекомендации МККТТ Н.14
неравномерность ГВЗ составляет менее 25 мкс. В международных трактах
■следует учитывать возможность включения более двух фильтров
первичных групп. Неравномерность затухания и ГВЗ канала
первичной группы с четырьмя фильтрами показана на рис. 3.25
2
ДБ
1
II
-1
-2
~
"/^Ч:
- а)
2
70
80
i -^-/
i ^ —.
90
100 кГц\\
' 1
108
108 кГц
б)
Рис. 3.25. Характеристики соединительного тракта на основе первичных групп
каналов с учетом характеристик четырех фильтров первичных групп:
а) неравномерность затухания; б) неравномерность ГВЗ;
кривая / — без коррекции: кривая 2 — фильтры первичных групп скорректированы
согласно Рекомендации MKKTT H.14. Данные, приведенные на этом рисунке, были любезно
представлены Центральным бюро электросвязи Почтового ведомства ФРГ (реферат А37)
95
3.2.3.2. УРОВНИ И СОПРОТИВЛЕНИЯ
Для случая, когда данные передаются лишь по одному из
каналов первичной группы и энергия равномерно распределена в
пределах предоставленной полосы частот, установлен уровень
передачи ■—4 дБтО [3.34]; это значение соответствует общей
мощности 12 каналов ТЧ, возможных в первичной группе. Уровень
дополнительного пилот-сигнала, а также сигналов отдельных
частот длительностью более 100 мс не может превышать —ЮдБтО.
Допустимый уровень на частоте 104,08 кГц вблизи
пилот-сигнала и вне 'полосы частот от 60. до 108 кГц также
регламентирован [3.34]. В ка'налах первичных групп обычно работают с
нулевым остаточным затуханием. Следовательно, уровень приема в
пределах допуска равен уровню передачи.
Сопротивление распределителя первичных групп каналов не
стандартизовано в международных рамках. В ВЧ системах
Почтового ведомства ФРГ оно составляет 150 Ом {симметрично по
отношению к земле).
3.2.3.3. СДВИГ ЧАСТОТЫ И ФАЗОВОЕ ДРОЖАНИЕ
Сдвиг частоты, появляющийся в первичных группах каналов,
согласно [3.33] «е должен превышать ±5 Гц. Хотя результаты
его измерения до сих пор не опубликованы, на практике он, как
и сдвиг частоты в каналах ТЧ (см. разд. 3.2.2.6), скорее всего
намного меньше этого предельного значения.
Об измерениях фазового дрожания в первичных группах
каналов также до сих пор ничего не известно. .
3.2.3.4. ПОМЕХИ
Опубликованных данных о напряжениях помех в каналах
первичных групп до сих пор нет. При оценке уровня мощности
шума, как и при установлении уровня передачи, 'можно исходить из
мощности помех в канале ТЧ [3.35]. Отсюда получается
мощность помех —41 дБтО, так что при допустимом уровне передачи
отношение сигнал/шум составляет около 37 дБ.
Передаче данных по каналам первичных групп, помимо флук-
туационного шума, создают помехи остатки несущих, которые
появляются при преобразовании частоты в ВЧ тракте и на
передачу по отдельным каналам ТЧ не влияют, поскольку попадают
в промежутки между полосами этих каналов. В качестве верхней
границы допустимого уровня остатков несущих МККТТ
установлено —40 дБтО [3.33]. В более старых ВЧ системах приходится
считаться, однако, с более "высоким уровнем остатков несущих
96
(примерно до —26 дБтО). Так как у первичных групп 1 и 2 (ну*
мерэция соответствует возрастанию частоты) число остатков
несущих наименьшее в пределах вторичной группы, то для передачи
данных по возможности следует выбирать именно эти две
первичные группы. Естественно, использование первичной группы 1, в
которой неравномерностям затухания и ГВЗ способствуют также
краевые эффекты, обусловленные канальными фильтрами
вторичных групп (см. рис. 3.24), предполагает возможность достаточно
хорошей коррекции.
В соединениях, использующих 'первичные группы каналов,
также как и в каналах ТЧ, необходимо принимать в расчет и
перерывы. Об их количестве и длительности в литературе до сих пор
сведений нет.
4. Методы передачи данных
Двоичные сигналы данных в своей первоначальной форме
представляют собой последовательности прямоугольных
импульсов. Для их передачи без искажения формы теоретически
потребовалась бы полоса частот от нуля до бесконечности (см.
разд. 4.1.1). Так как реальные каналы связи имеют лишь
конечную полосу пропускания (см. разд. 3), то необходимо
согласовать передаваемые сигналы с каналом связи путем кодирования,
формирования импульсов и, если полоса частот простирается
лишь от некоторой нижней до верхней граничной частоты,
посредством модуляции 'Несущего колебания.
Прежде всего, следует различать передачу двоичных сигналов
данных без модуляции, т. е. в полосе частот, .начинающейся с
нуля, — первичной полосе, и передачу с помощью
модулированного несущего колебания, которая необходима, если имеется .в
распоряжении определенная полоса частот от заданного нижнего до
верхнего граничного значения.
Методы передачи данных в первичной полосе частот
применяются в системах связи по кабелям или воздушным линиям,
полоса пропускания которых начинается с нуля (или с очень малой
нижней граничной частоты) (см. разд. 3.1).
Конечно, и в этих случаях возможна передача с применением
модуляции. Ее применение ограничивается только затуханием,
возрастающим с частотой. Модуляцию следует применять,
например, в системах связи с полосой частот одного или нескольких
каналов ТЧ, что было рассмотрено в разд. 3.2. Поскольку,
однако, в системах.с модуляцией до модулятора или после
демодулятора имеются сигналы с первичной полосой частот, то эти
сигналы целесообразно рассматривать независимо от методов передачи
4—41 „ 91;,:
(см. разд. 4.1.3; методы передачи в первичной полосе частот,
напротив, зависят от соответствующего канала связи — кабеля или
воздушной линии)..
В последующих разделах рассматриваются методы передачи в
первичной полосе частот, различные методы передачи с помощью
модулированных сигналов, способы синхронизации и
восстановления несущего колебания, а также ожидаемые при различных
методах передачи вероятности ошибок.
Однако прежде чем переходить к описанию перечисленных
методов, целесообразно привести некоторые основополагающие
сведения о передаче данных.
4.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Один из основных вопросов, касающихся передачи данных с
заданной скоростью, — это вопрос о распределении энергии по
спектру при том или ином методе передачи.
При передаче первичных сигналов по непупинизированному
кабелю полоса пропускания практически неограничена, лишь
затухание увеличивается с возрастанием частоты (см. разд. 3.1.2).
В этом случае,- в первую очередь, важно, .не в какой полосе
частот распределена основная часть энергии, а как велика та часть
энергии, которая из-за переходных помех попадает на соседние
пары жил в полосе частот другой системы, использующей этот
же кабель.
, Передача данных с помощью первичных сигналов по пупини-
зированным кабелям, а также с применением модулированных
сигналов по ВЧ трактам осуществляется в ограниченной полосе
частот. При этом .метод передачи должен быть выбран таким
образом, чтобы при надлежащей скорости передачи существенная
часть энергии сигнала попадала в полосу пропускания канала
связи. Во многих случаях очень важен также вопрос о скорости
передачи в расчете на единицу полосы частот при том или ином
методе передачи.
4.1.1. СИГНАЛЫ И СПЕКТРЫ
Для понимания последующего изложения, прежде всего,
нужно показать взаимосвязь между сигналом, заданным во
временной области как функция времени g(i) и его спектром G(co),
относящимся к частотной области.
Сигнал g(t) и его спектр G(co) связаны преобразованием
Фурье [4.1, 4.2, 3*, 6*]:
СЩ* 1g(t)e-le,tdt. . (4.1)
&
Спектр G(co)1 является комплексным и может быть записан В
виде
GH = |G(co)|e1<p((0), (4.2)
где | G (со) | — амплитудный спектр; ф(ю) — фазовый спектр.
У вещественных сигналов g(t) компоненты спектра для
положительных и соответствующих отрицательных частот являются
комплексно сопряженными по отношению друг к другу:
G(__(o) = G*(co). (4.3)
Если задан спектр сигнала G(w), то с помощью преобразова-
■ния, обратного (4.1), получается сам сигнал
g{t) = ~t jGHeiatdco. (4.4)
— СО
В качестве примера рассмотрим прямоугольный импульс с
амплитудой А и длительностью Т, изображенный на рис. 4.1.
Согласно (4.1) получаем
Г/2
G(<*) = A { e-™dt = AT sin(rtfl'2> ,
J ■ Та/2
-Г/2
Рис. 4.1. Характеристики
прямоугольного импульса
длительностью Т:
а) временная диаграмма
импульса g(i); б) спектр
G(f) и его модуль \G(<f)\
(спектр показан только
для положительных
частот, в области
отрицательных частот он
располагается симметрично
относительно оси
ординат)
—н
f
g(t)
г (
А
3
г
а) 2 2
Врем
п{—
1 В дальнейшем, если речь идет о случайных сигналах, используется
также понятие спектральной плотности мощности [4.1]. Здесь она подробно ие
определяется, поскольку для сигналов в виде отдельных импульсов (которые в
большинстве случаев рассматриваются в книге) спектральная плотность
соответствует квадрату их амплитудного спектра. В остальных случаях сделаны
ссылки иа соответствующую литературу.
4* • 99
или с учетом <о=2я/
G(e>) = AT *lnnTf-.
я Г/
Спектр этого прямоугольного импульса, показанный на рис. 4.1
лишь для положительных частот, занимает все частоты от —оо
до оо. Для передачи такого импульса теоретически была бы
необходима бесконечная полоса частот.
4.1.2. РЯД ФУРЬЕ
Приведенный в последнем примере анализ можно
распространить на любую последовательность периодически повторяемых
прямоугольных 'импульсов такого же вида. Периодическая
последовательность прямоугольных импульсов, как известно, может
быть разложена в ряд Фурье, т. е. в сумму синусоидальных
колебаний.
В общем случае разложение некоторой периодической
функции f(t) в ряд Фурье имеет вид
00
f (0 = -y+J] lancosпо>р* + ьпsinn(Opt],
n=l
где юр — частота основного колебания или первой гармоники
сигнала f(t), определяемая его периодом Го: соР=2я/Г0. Постоянные
коэффициенты ап и Ъп выражаются через функцию f(t):
То/2 Тв/2
овея— f f(t)cosn(aptdt; bn=* ~- Г f (f)sinnatptdt,
\>T° J To J
-T„/2 -Г0/2
где n — целые числа 1, 2, ...
Коэффициент а0 выражает постоянную составляющую
Т„/2
flo = ~r j fV)dt.
°-Т0/2
Ряд Фурье можно представить также в виде
f(0 = f-+J]C» cos (/шр *-?„),
л=1
где постоянные амплитуды Сп— У а2п+Ъ2п, а фазы <рп=
= arctg(fc„/a„).
Если рассмотреть теперь в качестве примера периодическую
последовательность прямоугольных импульсов длительностью Т
100
«с периодом Т0, которая изображена «а рис. 4.2, то ее ряд Фурье
получается в виде
№ =
AT ■ry2A0T sin(nnT/T0)
То 2j T0 ппТ/То
COS П (Opt.
п=1
-т„
f(t(
При Т0~2Т, т. е. для сигнала, отображающего
последовательность битов вида 101010..., получаются показанные «а рис. 4.3а
дискретные, спектральные линии, огибающая которых
соответствует спектру одиночного
импульса. Этот спектр в форме
•функции sinx/x показан на
рис. 4.3 пунктиром.
Сказанное справедливо также и
для других соотношений Т
и То; в частности, рис. 4.36
иллюстрирует случай Т/То =
i= 1/6. Линейчатый спектр
периодической функции
времени с возрастанием ее
периода постепенно переходит f"„c- 4-2- Си™ал f(t), представляющий со-
г „ г бои периодическую последовательность
В непрерывный спектр ОДИ- прямоугольных импульсов длительностью
ночного иМпулыса. 7 и с периодом Т0
Время Ь
4.1.3. ИСКАЖЕНИЯ ФОРМЫ ИМПУЛЬСОВ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ
Согласно изложенным выше общим положениям, для передачи
прямоугольного импульса или последовательности таких
импульсов необходима бесконечная полоса пропускания. Ограничение
полосы частот в реальных каналах связи ведет к нежелательному
искажению формы прямоугольных импульсов.
Примеры искажений формы импульсов приведены на рис. 4.4,
■сигнал в виде периодических прямоугольных импульсов, которые
передаются по паре жил непупинизированного кабеля, показан на
рис. 4.4а. Та же импульсная последовательность после передачи
по пупинизированному кабелю представлена на рис. 4.46. Более
быстрый рост затухания с повышением частоты и большое ГВЗ
у пупинизированных кабелей (см. разд. 3.1.3) приводят, как
видно из графика, к более сильному искажению первоначально
прямоугольных импульсов.
На рис. 4.46 искажения распространяются почти на весь
интервал времени между двумя изображенными импульсами. При
меньшем интервале между импульсами, т. е. если новый импульс
уже послан, а переходный процесс от предыдущего импульса еще
не затух, импульсы накладываются друг на друга, искажаясь еще
сильнее. Взаимное наложение импульсов, зависящее от передан-
101
-2T
о
,, i
~То
. 1,
-VI
|fra
А
ХТо
,1 1
то
1 щ
2то
G{f)
А
А„
^22
т
Время t-
\
\
\
\
1-
Т
ZIZT-
Частота f-
i^"T"
2.
Т
3.
Т
Г1
f(t)
а
п.
i(t)f
■4-т-
Время t-
N
Ь
^г
сИ:
6)
т т
Частота/ *■
-fTTT
--■■^-
3
т
Рис. 4.3. Характеристики периодической последовательности прямоугольных
импульсов длительностью Т с периодом Т0 [сигнал f(t) и его спектр C(f)]:
а) Т0=2Т; б) Т0=6Т
ной импульсной последовательности, называют межсимвольной
интерференцией.
Последствия этого, искажения формы прямоугольных
импульсов поясняет рис. 4.5. Отдельный передаваемый импульс ('рис.
4.5а) характеризуется значениями, приведенными в соответствие
двум логическим состояниям, 0 и 1 (в данном случае значениями
О и Л0), и его длительностью Т. В приемнике с помощью порого-
102
i 1
то
§
a:
t-
E
S ■ -~
sr
Я!
X
CT '
a).
Л
1 ,.
:.'-'. '
гф ;
J '"'•.'
f~i
-.. B
4 ?-
■ i i ■
'*.- *■"**' Ыай ''."
Время
Рис. 4.4. Изменение формы прямоугольного импульса при его передаче по не-
пупинизированному (а) и пупинизированному (б) кабелям
бой схемы должно быть принято решение, какому из двух
значении отвечает принятый сигнал. Пороговый уровень для этого
устанавливается в середине между различаемыми значениями
л /о /НаЧе^.ИсД °1зи Л° п°Р°говый уровень, таким образом, равен
Ао/г (рис. 4.56). Благодаря этому ошибки в решении
относительно каждого из состояний, возникающие из-за помех в канале
связи, имеют одинаковую вероятность *.
*,,
п
1 1 1
т
1
N. Характерце-
\ тические
/ значения
/fiii
Рис. 4.5. Последствия изменения формы
прямоугольного импульса
* Это справедливо только при определенных ограничениях, касающихся
статистики помех и схемы обработки. (Прим. ред.)
103
Такого рода пороговая схема по искаженному принятому
сигналу (рис. 4.56) регенерирует прямоугольный сигнал (рис. 4.5в),
длительность которого в общем случае, однако, не равна
длительности Т переданного импульса. Временные отклонения М\ и
Л/г на рис. 4.5б 'представляют собой краевые искажения (см. том 2,
разд. 11.3.1.1).
Наряду с пороговым уровнем важен момент отсчета, в который
принимается решение — к какому из двух состояний отнести
появляющееся в этот момент значение принятого сигнала *. В общем
случае наиболее благоприятен такой момент отсчета, в который от-
счетное значение наиболее удалено от порогового уровня, т. е.
получается наименьшая вероятность ошибочного решения. Как видно из
рис. 4.56, для передаваемого импульса наиболее благоприятен
момент отсчета около /=0.
До сих пор рассматривался одиночный передаваемый импульс.
При произвольной "последовательности импульсов на передаче,
чтобы рассчитать краевые искажения и вероятность ошибки при
отклонениях отсчетных значений от порогового уровня, необходимо
было бы рассмотреть временной процесс от всей импульсной
последовательности. В таких случаях значительно удобнее, однако,
представлять временные процессы с помощью так называемых
глазковых диаграмм. Как видно из рис. 4.6, для ее построения
сигналы данных на интервале длительностью Т или пТ
изображаются на одном графике наложенными друг на друга. Конечно,
такое представление возможно лишь тогда, когда передаваемый
сигнал содержит только лишь импульсы длительностью пТ, где
п — целое число (изохронный сигнал данных). Изображенные на
■ рис. 4.56 точки отсчета позволяют получить только значения
сигнала в соответствующие моменты времени '/=/=0. По глазковой
диаграмме можно непосредственно определить минимальное
отклонение значений сигнала в моменты отсчета. Сумму
максимальных расстояний от порогового уровня в некоторой области, где
нет переходов, называют раскрытием «глазка» (см. рис. 4.6).
Наряду с этим, по горизонтальному раскрытию «глазка» можно
определить краевое искажение.
Искажение формы прямоугольных импульсов зависит от того,
насколько узка полоса пропускания, или, с другой стороны, от
того, с какой скоростью v=l/T ведется передача по каналу связи
с заданной полосой пропускания. Искажения импульсов
возрастают по мере сужения полосы пропускания и зависят,
естественно, также и от формы частотной характеристики канала (ом. рис.
4.4). При этом должно приниматься во внимание действие всех
ограничивающих полосу элементов в передатчике, приемнике и
канале связи.
* Решение по одному, отсчету, вообще говоря, не является оптимальным.
(Прим. ред.)-
104
От требований, предъявляемых к системе связи, зависит, ка-
, кие искажения и 'межсимвольную интерференцию можно «признать
'. допустимыми, т. е. с .какой максимальной скоростью можно вести
„передачу. Такой анализ важен для систем передачи данных, в ко-
. торых длительность отдельных элементов сигнала (тактовый ин-
в I б | в |
| ж | з |
3 4
Сигнал
'8 9>
t/T-
10
Отрезки сигнала в
, соответствующие
интервалы времени
Глазковая диаграмма,
соответствующая
отдельным отрезкам
сигнала
Раскры- Полная
тиеглазка глазковап
3__|_ диаграмма
t/T -*- тЛ —»
Рис. 4.6. Построение глазковой диаграммы
тервал) может быть произвольно больше минимальной
длительности, определяемой максимальной скоростью передачи
(неизохронные сигналы данных). Эти системы в общем случае
называют системами с варьируемой скоростью. К ним должны
предъявляться особые требования в отношении межсимвольной интер-
'ференции и другого влияния краевых искажений (см. том. 2,
разд. 7).
105
4.1.4. УСЛОВИЯ НАЙКВИСТА
Для обеспечения определенной скорости передачи воздействие
соседних импульсов не должно проявляться лишь в моменты
отсчетов, отстоящих друг от друга на интервал T—1/v, когда
снимается информация; при этом условии получается передача без
межсимвольной интерференции и .с минимальной вероятностью
ошибки, .поскольку последняя зависит только от отклонений
характеристических значений, учитываемых при решении, от порогового
уровня (см. рис. 4.5). Это условие, называют первым условием
Найквиста [4.3]. Оно выполняется для импульса, который только
в некоторый момент отсчета имеет отличное от нуля
характеристическое значение и нулевые значения во всех остальных отсчетных
точках.
Первое условие Найквиста касается лишь отсчетов сигнала в
дискретных точках g(nT). Сигнал как функция непрерывного
времени g(t) однозначно определяется своими отсчетами g(nT),
взятыми с интервалом Т, если его преобразование Фурье G(g>)
отлично от нуля лишь в полосе частот а^.л/Т. Это утверждение
называют теоремой отсчетов, или теоремой Шеннона [4.4]*.
Из теоремы отсчетов следует, что сигнал
« sin—^(t—пТ)
*(0= У. SinT)—^- , (4.5>
а его спектр
со
G ((о) = Т Yg (пТ) е~Ш(Л для Н < ЩТ;
nii (4.e>
G(co) = 0 для |со[>я/7.
Область частот |g>jv| г^я/Г или соответственно |/jv| г^1/27
называют полосой Найквиста, частоту fN = l/2T — частотой
Найквиста, а интервал времени TN = T — интервалом Найквиста**.
В соответствии с первым условием Найквиста отсчеты сигнала
можно представить в таком виде:
п
е{пт)
Характеристическое значение d, указанное в таблице, несет
информацию, содержащуюся в сигнале. Подставив это значение
—3
0
—2
0
—1
0
0
d
I
0
2
0
3
0
* В советской литературе она известна как теорема Котельникова [6*,.
14*, 32*]. (Прим. ред.)
** Величины |fw и Тк в советской литературе обычно называют
соответственно частотой и интервалом Котельникова. (Прим. ред.)
106
вместо g(nT) в (4.5) :и (4.6), лолучаем, что сигнал
... , sinnt/T IM „
а его спектр '
C((o) = Td, | о | < n/T. (4.8))
Функции g-(f) и G(co) представлены на рис. 4.7.
Характеристика |G(—со) | на этом рисунке не показана, поскольку |G(—и)| =
= | G (со) |. Выражением вида (4.8) описывается передаточная
функция идеального фильтра нижних частот. Его
амплитудно-частотная характеристика имеет прямоугольную форму (см. рис.
4.76), а фаза и ГВЗ согласно (4.6) изменяются с частотой
линейно или постоянны.
-4Т
а)
Время t
dT
lG(f)|
i
2T
6)
Частота f-
Рис. 4.7. Характеристики импульсов, удовлетворяющих первому условию Най-
квиста: ,. i«i
■а) временная диаграмма сигнала g(t); б) модуль спектра \G(f)\
Таким образом, сигнал (4.7) соответствует реакции идеального
•фильтра нижних частот, но лишь при условии, что на вход его
подан бесконечно узкий прямоугольный импульс, так называемый
импульс Дирака, спектр которого постоянен во всей области
частот от —со до +оо [4.2, 6*]. Если же на вход поступают другие
1 Вне заданной полосы спектр G(co)=0. Данное условие подразумевается
■без особых оговорок и в дальнейшем.
107
импульсы, то их спектр следует учитывать в (4.8). Это
справедливо и для дальнейшего изложения.
Независимо от сказанного выше реализация сигналов,
удовлетворяющих первому условию Наиквиста, встречает трудности, так
как сигналы, спектр которых сосредоточен в ограниченной полосе-
частот, имеют длительность во времени от /.=—оо до оо. Такие,
сигналы .не могут появиться 'на приеме, поскольку в силу
принципа причинности требуют появления сигнала на передаче в момент
£='—оо. Столь же нереальна, в принципе, и интерпретация G(a)
в форме (4.6) как частотной характеристики некоторого фильтра,
в частности, потому, что функция вида (4.7) нереализуема, а к
фильтру предъявляется условие G(©)=0 при а>л/Т.
Даже если бы импульс в форме функции sinx/x (4.7) был бы
реализуем, его нельзя было бы использовать, поскольку он
потребовал бы очень точного соблюдения моментов отсчета. При самом
незначительном их отклонении ряд для возникающих при этом
измененных отсчетов не сходится, т. е. они дают столь большую»
межсимвольную интерференцию, что характеристические значения
становятся ошибочными. Тогда при любой последовательности
импульсов вида sinx/x восстановление информации невозможно.
Несмотря на это, такой импульс используют при-теоретическом
анализе для оценки предельных значений.
В дальнейшем рассматриваются только импульсы, которые
реализуемы, по крайней мере, приближенно [4.5].
Рассматриваемые импульсы идеализированы, т. е. длятся от rfi=—оо до оо, как
и элементарный импульс вида sinx/x. Однако, как будет
рассмотрено в этом разделе, они могут быть ограничены конечным
интервалом путем замены точного спектра приближенным.
В результате сглаживания прямоугольной формы спектра по
косинусоидальному закону (Roll-Off) получается сигнал, который,
как и элементарный импульс sinx/x (4.7), удовлетворяет первому
условию Наиквиста [4.6]. Спектр вместо прямоугольной
приобретает форму
G((o) =
Td для |а,|<-р.(1_г),
(4.9)
rd[l-sin|-((o-^-)] для ^-(l-r)<(o<-f(l+r),
2
показанную на рис. 4.8а.
В равенстве (4.9) коэффициент сглаживания г задается в
пределах 0<г^1, так что спектр может быть максимум на 100%
шире полосы Наиквиста. [Для г=0 справедливо (4.8)]. Новый
сигнал, хотя и удовлетворяет первому условию Наиквиста, однако
уже не определяется однозначно своими отсчетами g(nT),
поскольку его спектр, вопреки требованию теоремы отсчетов, выходит за
108
пределы полосы Найквиста. Из (4.4) и (4.9) получаем для
сигнала выражение
,» sin (я f/Г) cos (nt/T)
nt/T 1 —(4/-?/Г?)*?
(4.10)
Эти сигналы используются в качестве первичных сигналов в
системах передачи с частично подавленной боковой полосой и в
от
U
(G(f)| 2
_—-■ г=0,25
. г=0,5
г=1
.V \ ^"-^. i
б)
[\
/I
/I
У i
d\ 9(t)
2Д
V1
|\
-4Т -ЗТ -2Т
2Т ЗТ 4Т
-Т.Т0 Т Т
2 2
в' Время t—s»—
"wc. 4.S. Изменение сигнала g(t) при косинусоидальном сглаживании его
спектра G(f):
о) модульспектра G(f); б) сигнал g(t), удовлетворяющий только первому
условию Найквиста; в) сигнал g(t), удовлетворяющий первому и второму
условиям Найквиста
109
системах , с квадратурной амплитудной модуляцией (см. разд.
4.3.1.3). Как показано на рис. 4.8, выбросы такого сигнала
уменьшаются тем сильнее, чем больше коэффициент сглаживания, т. е.
<чем шире занимаемая полоса частот.. Благодаря этому
характеристические значения импульса становятся менее
чувствительными к смещению во времени моментов отсчета, поскольку влияние
ШШйШй/ щ
"" ^^ ~~ —т~ ^"-*fc3l^
Значения
сигнала ^^
0 ^Ssl
^^^Si
ID
в)
Время i-
Т
0,5
1 О
6)
Время i-
Рис. 4.9. Глазковая диаграмма
при различных коэффициентах
сглаживания г, полученная
методом моделирования с
использованием квазислучайной
последовательности длиной 63 бита и
учетом десяти начальных и
десяти конечных колебаний:
а) /-=0,1; б) ir=0,5 в) л=1,0
соседних импульсов меньше.
Это видно из глазковой
диаграммы (рис. 4.9) как по
горизонтальной ширине «глазка»
для импульсов с /- = 0,1 (рис.
4.9а) и г = 0,5 (рис. 4.96), так
и по более быстро
возрастающим отклонениям от
характеристических значений в вер-
, JI0
тикальном направлении при отклонениях от оптимальной точки
отсчета.
При т=\ импульс содержит дополнительную нулевую точку
между моментами отсчета, так что не только значения сигнала в
точках отсчета, но и мгновенные значения в середине между
этими точками могут быть определены без искажений. Кроме того,
за время t=±T/2 максимальное значение d главного импульса
падает наполовину, до значения d/2 (см. рис. 4.8).
Этот импульсный сигнал удовлетворяет второму условию
Наиквиста [4.6], которое требует, чтобы вне интервала —Г=^^Т (с
центром в точке отсчета) имели место нули при t=±nT, где и==
= 2, 3, ..., а значения сигнала при удалении на ±772 от точки
отсчета составляли половину максимального значения.
Таким образом, с помощью этого импульса в приемнике
можно определить первоначальную длительность переданного
импульса, т. е. избежать краевых искажений, что видно и из глазковой
диаграммы на рис. 4.9в. Диаграмма указывает также на
некритичность к отклонениям от оптимальных моментов отсчета.
Для передачи двоичных сигналов со скоростью v=l/T в
полосе частот /= (1/Т+г/Т)/2 удельная скорость передачи, т. е.
скорость передачи в расчете на единицу полосы частот, составляет,
бит-с~'/Гц,
v/f = 2/(1+ г).
Так как коэффициент сглаживания г лежит между нулем и
единицей, удельная скорость передачи здесь меньше 2 — это
теоретический максимум, достигаемый только для импульса вида
sin xjx.
Малые коэффициенты сглаживания, обеспечивающие высокую
удельную скорость передачи, из-за требований к точности
моментов отсчета трудно реализуемы. Из литературы [4.7] известны,
■например, системы с коэффициентом сглаживания 0,16, которому
соответствует удельная скорость передачи 1,72 бит-с~'/Гц.
Сигналы с такими коэффициентами используются в устройствах
передачи со скоростью 9600 бит/с по некоммутируемым трактам с
полосой частот канала ТЧ (см. том 2, разд. 7.3).
Конечно, можно использовать импульсы другой формы,
удовлетворяющие первому или второму условиям Наиквиста лишь
приближенно. При этом, однако, требуется более широкая полоса
частот, чем для «сглаженных», как описано выше, импульсов.
Примером может служить импульс, показанный на рис. 4.10
[4.8]. Как видно, практически его спектр занимает частоты до 3/Г
и спадает очень быстро. Такого рода импульсы можно применять,
например, для передачи в первичной полосе частот (разд. 4.2),
поскольку в этом случае удельная скорость передачи не играет
такой большой роли.
11!
2
_j_ ■ ' IS i 1 I 2»! 1 1
3^ _2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2
2T б) Время — —*-
Рис. 4.10. Характеристики импульса с колоколообразным спектром G(f) [4.8]:
а) спектр G(f)=e-0-54<2fr>2; б) сигнал g(i) (при </Г='±1 его значение
уменьшается до величины 0,01 До)
4.1,5- МЕТОДЫ ПАРЦИАЛЬНЫХ ОТСЧЕТОВ
С помощью импульсов, удовлетворяющих первому условию
Найквиста, лишь в пределе можно достичь удельной скорости
передачи 2 бит-е_1/Гц. Для реализации этого максимального
значения скорости при передаче двоичных сигналов разработай ряд
-методов — двойной двоичный (дуобинарный), полидвоичный,
двойной троичный (битернарный), а также метод парциальных
отсчетов [4.9—4.15]. Их можно объединить под общим названием
методы парциальных отсчетов [4.15] или парциального
кодирования.
Характерно, что рассматриваемые импульсы при скорости
передачи 1/Т занимают два или более тактовых интервалов дли-
-тельностью Т (начальное и конечное колебания ,во внимание не
принимаются). Ряд основных форм импульсов показан на рис. 4.11.
.Подразделение на классы 1—5 предложено Кречмером [4.15],
.форма импульсов .класса 6 задана в [4.16]. Для реализации
удельной скорости передачи 2 бит-с-1/Гц необходимо ограничить спектр
полосой Найквиста. Тогда по теореме отсчетов импульсы
однозначно определены своими отсчетами. Как ясно из рис. 4.11,
каждый класс импульсов характеризуется совокупностью m
коэффициентов {&;}, '/=1, 2, ..., пг, через «старые пропорционально
несущему информацию характеристическому значению выражаются
соответствующие отсчеты импульсов. Например, импульс класса 4
определяется своими отсчетами kibi = {\-bi, 0-fti, —l-bt}. При
передаче двоичных символов характеристическими значениями {bi} =
■■= {d, 0} в приведенном примере логическим состоянием 1 и 2
ставятся в соответствие импульсы {d, 0, —d) и {0, 0, 0}.
112
•G(f)
Частота-
Класс
импульса
Коэффициенты импульса
к1к2к3к4к5
Вид сигнала g(t)
Спектр G {со) для | со\ < -—■
Число отсчетов
при передаче
двоично
кодированных
импульсов
1 1
9(t>
U
А
_3
2Т cos (ыТ/2)
1 2 1
L^/fT\^
2 1-1
g(t)'
^'^iV
О QJ-^Y
4Tcos^(wT/{2)
i
о w-
T (2+cos (ыТ) - cos (2wT))
_+iT(sin(wT) -sin(2wT))
1 0-1
■10 20-1
1 00 0-1
ц °^^^Т
2jTsin (ыТ)
д^^АКьС
Jt^
4 sin2 (ыТ)
(Д CO'
9(t)
4^
"Л!/"
"3 1ЛЛ 2iTsin
(2ыТ)
О W-""" x
Рйс. 4.//. Классификация.
парциально кодированных импульсов
При значениях отсчетов, указанных ниже: 1
п ... —3 —2 —1 0 1 2 3 ...
g(nT) ... О 0 d О — d 0 0 ...
из (4.5) и (4.6) получаем для парциально кодированного
импульса класса 4 выражение
a(f) = d [ Б*"Г"/у)(< + у)] sin [(л/Т) (t + T)] )
1 (я/Т) (t + T) (л/Т) (t + T) I'
(4.11)
,„ = 2 d sin (л t/T)
л[(ЦТ)*-\\
и для его спектра
GH = dr(e-^-eiC°T)-. I (4 12)
G.(co) = 2idrsin©r, |со|<я/Г. J
Имяульсы, следующие один за другим с интервалом Т,
накладываются друг на друга уже на передающей стороне, так как
каждый из них занимает 'Несколько тактовых интервалов Т. В
результате наложения появляются новые значения отсчетов, и если
импульсы принадлежат к классу, характеризующемуся m
коэффициентами ku то отсчет включает в себя m слагаемых от
отдельных импульсов. Восстановление информации в приемнике из-за
этого затрудняется. Характеристическое значение отдельного
импульса только тогда может быть правильно определено по
отсчету, когда безошибочно установлены m—1 характеристических
значений предыдущих импульсов. Поэтому ошибки передачи могут
неограниченно возрастать. Чтобы избежать этого, передаваемый
сигнал предварительно кодируют так, чтобы 'характеристическое
значение его можно было получить по 'каждому отсчету принятого
сигнала без знания предшествующих характеристических
значений [4.17]. Например, для парциального кодированного импульса
класса 4 сначала из входного сигнала {ап} для d=\ в
соответствии с правилом кодирования
bn = an + bn_2 (mod 2) (4.13)
образуется двоичный сигнал {Ьп}- Этот сигнал согласно
коэффициентам h класса 4 (см. рис. 4.11) имеет отсчеты
cn = k1bn+k2bn__1 + ksbn_2, cn = bn — bn_2. (4.14)
Так как {Ьп} могут иметь два значения: d—\ и 0 (в
соответствии с логическими состояниями 1 и 0), наложение согласно (4.14)
дает для {сп} три возможных значения: +1, 0, —1.
Учитывая (4.13) и (4.14), следует различать два случая:
Ьп = Ь„_2 Для ап = 0: сп = 0;
К Ф Ьп-ъ Для ап == 1: сп = ± 1.
114
Следовательно,
сп = I сп I = а„
(mod 2),
т. е. каждое характеристическое значение входного сигнала
можно определить по принятому сигналу без участия других
характеристических значений. Это наглядно изображено на рис. 4.12.
Таким образом, при передаче сигналов двоичного кода в
приемнике необходимо обрабатывать три несущих информацию со-
Значения сигнала
"1" соответствует g (t) -1
"О" соответствует g (t) -О
j Время-
0 соотв.-
Передаваемая
последовательность данных {аД
Передаваемый сигнал .—
наложение сигналов вида а)
соответствующих
передаваемой
последовательности данных {аЛ
Обработка отсчетов в
приемнике:
+1 соответствует"!"
—1 соответствует "О"
"1", если на 2Т ранее
зафиксирован символ "1"
"О", если на 2Т ранее
зафиксирован сим'вол "О"
Передаваемая последовательность
данных (аЛ
Перекодированная ,и
последовательность данных
Ьп=ап©Ьп-2
^sum££i*i
Передаваемый сигнал,
соответствующий перекодированной
последовательности /ьД
Обработка отсчетов в приемнике
путем выпрямления приводит
получению переданной
последовательности {а^
Значения
сигнала в)
Рис. 4.12. Сигналы
пульсов класса 4:
Время-
с использованием двоичных парциально кодированных им-
<*) элемент сигнала; б) сигнал без предварительного кодирования;
предварительным кодированием
в) сигнал с
И5
стояния сигнала сп- Это число возрастает в случае использования
многопозиционных сигналов (см. разд. 4.1.6), поэтому для
передачи данных до сих пор получили применение лишь системы с че-
тырехпозиционным кодированием.
Прежде чем переходить к вопросам предварительного
кодирования, необходимо сказать несколько слов о передаче
многопозиционных кодов, которая подробнее будет обсуждаться в разд. 4.1.6,
с применением метода парциальных отсчетов.
При четырехпозиционном кодировании из первичной двоичной
последовательности {ап} после ее подразделения на пары битов
(дибиты) образуется четырехпозиционный. сигнал {а'п} со
значениями (0, 1, 2, 3), который затем подвергается предварительному
перекодированию по правилу
Ьп = а'п+ bn-s (mod 4).
щ
В результате наложения получается семипозиционный сигнал {сп},
из которого по правилу декодирования
сп = а'п (mod 4).
определяется первоначальная двоичная последовательность. Для
пояснения «а рис. 4.13 показаны соответствующие сигналы.
Двоичная
последовательность {anJ-
Образование двойных
битов дает четырехпози-
ционный сигнал{ап'| .
Упорядочение по коду
Грея: 00 А о
0 1 = 1 '
11=2
10=3
Перекодированная
последовательность{Ьпу
bn=£n' + bn_2)-(mod4)
Образование парциально
кодированного
передаваемого сигнала,
соответствующего принимаемому
сигналу cn=bn-bn_2
(mod 4)
Время
Рис. 4.13. Четырехпозиционные парциально кодированные импульсы класса
4 с предварительным кодированием. Индекс л обозначает рассматриваемое
отсчетное значение; п—1 — отсчетное значение на два интервала (2-2Г) ранее
(образование двойных битов).
116
В общем случае при использовании импульсов класса 4 п
значащих позиций сигнала на передаче приводят к
(2п—^-позиционному сигналу на приеме. Метод парциальных отсчетов с (2п—1)*
позиционными сигналами предъявляет высокие требования к
точности синхронизации. Это видно из глазковых диаграмм на рис»
4.14 и 4.15 для п= 2 и 4, т. е. для трехпозиционного и семипози-
циО'ННОго сигналов класса 4.
£.:'. ^l.jV.-.iji^.V.vJa^'
Рис. 4.14 Глазковая
диаграмма для трехпозиционного
принимаемого сигнала при
использовании парциально
кодированных импульсов
класса 4
Рис. 4.15. Глазковая
диаграмма для семипозиционного'
принимаемого сигнала при
использовании парциально
кодированных импульсов класса 4
Наряду с импульсами класса 4, для передачи информации
представляют интерес импульсы класса 1. На их использовании1
основан, в частности, введенный Лендером [4.9] двойной
двоичный (дуобинарный) метод передачи, при котором
предварительное кодирование двоичного сигнала осуществляется по правилу
&n = «n + bn-i (mod 2).
Методы парциальных отсчетов, наряду с возможностью
реализации особенно высокой удельной скорости 'Передачи, имеют
также то преимущество, что обеспечивают получение сигналов,
амплитудные спектры которых имеют нули в важных для техники
связи точках частотной оси. В частности, нуль на нулевой частоте
(например, у импульсов класса 4) «еобходим при передаче с
одной боковой полосой (см. разд. 4.3.1.2): при его наличии можно'
простым способом отделить боковую полосу.
При передаче данных по каналам первичных групп (от 60 до
108 кГц) для использования группового пилот-сигнала
предложено [4.16] формировать спектр так, чтобы его нули располагались
в середине отведенной для передачи полосы частот, если только'
пилот-сигнал не сдвинут за ее пределы (см. разд. 3.2.3). Этому
требованию удовлетворяют импульсы класса 6.
117
-4.1.6. ПЕРЕДАЧА МНОГОПОЗИЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
- Проведенный выше анализ показывает, что для двоичной
передачи изохронных сигналов данных со скоростью v = l/T
необходима как минимум полоса Найквиста от 0 до (о^=я/Г или до fN=
== 1/2Г. Следовательно, удельная скорость передачи лежит в
области v/fN^.2 бит-с_1/Гц. Предельное значение 2 бит-с-1/Гц
практически может быть достигнуто только на основе методов парци-
.альных отсчетов.
Все сказанное выше относительно использования полосы
частот было справедливо для двоичной передачи изохронных
сигналов данных, при которой характеристическими значениями {Ьг}
(см. разд. 2.2.3.1) являются 0 и d или —d и +d, соответствующие
логическим состояниям 1 и 0. Если объединить п битов в группу,
то для их передачи потребуется т=2п характеристических
значений. В этом 'одучае говорят о многопозиционной передаче. Она
применима при всех рассмотренных выше методах формирования
сигналов. Удельная скорость передачи составляет при этом
>bm = ri(v/fN).
При многопозиционной передаче характеристические значения
выбирают так, чтобы интервалы между ними были одинаковы,
например, в случае 'восьмипозиционной передачи:
{&,} = { +7d, +5d, +3d, +d, —d, 3d, —Ы, —7d}.
Тогда вероятность перехода из-за помехи каждого значения в
соседнее для всех из них одинакова (см. разд. 4.5.1). Для приведения
в соответствие характеристическим значениям сигналов групп
битов чаще всего используется код Грея; при этом коды соседних
характеристических значений {bi} различаются только в одном
•бите: Например, при восьмипозиционной передаче кодирование
осуществляется по правилу
Группа битов 011 001 000 100 101 111 ПО 010
Характеристическое значение
сигнала Id Ы Ы d —й —3d — Ы —Id
, При таком кодировании погрешность в одном из
характеристических значений, при ■которой это значение переходит в соседнее,
ведет к ошибке лишь в одном бите.
,' Особенности перекодирования при многопозиционной передаче
с применением методов парциальных отсчетов уже были
отмечены в разд. 4.1.5.
4.2. МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ В ПЕРВИЧНОЙ ПОЛОСЕ ЧАСТОТ
В этом разделе рассматриваются методы передачи данных по
таким каналам, которые имеют полосу пропускания,
начинающуюся с 0 Гц или некоторой очень низкой граничной частоты. На се-
318
годня это почти исключительно пары жил непупинизированных
или пупинизированных кабелей и воздушные линии (см. разд. 3.1).
В общем случае пары жил обеспечивают гальваническую связь
между передатчиком и приемником и, следовательно,
возможность передачи сигналов, содержащих постоянные составляющие.
При этом могут использоваться уже давно известные в
телеграфии импульсы тока одного или двух направлений (однополюсное-
и двухполюсное телеграфирование).
Если в тракте соединения имеются разделительные
трансформаторы (см. разд. 3.1.5), то 'Приходится применять специальные
методы передачи, при которых сигналы не содержат постоянных
составляющих; в приемнике можно обеспечить их восстановление.
В общем, при надлежащем кодировании передаваемых данных:
постоянные составляющие устраняются. Так как кодирование
требует синхронизации, то такими методами можно -передавать
только изохронные сигналы данных. Важнейшими из применяемых
методов являются биполярный и псевдотроичный! 'методы, ВБК- к
СВБК-методы, метод расщепления фазы, двухфазный метод, а
также уже обсуждавшийся в предыдущем разделе метод
парциальных отсчетов. Другие методы кодирования можно найти,
например, в [4.18, 9*].
При дальнейшем рассмотрении отдельных методов,
объединенных под названием методов передачи в первичной полосе частот,
мы будем предполагать форму сигналов на передаче
прямоугольной. Это не только делается для упрощения, но и вполне
соответствует практике.
В системах связи с первичной полосой частот действительно-
часто можно применять на передаче сигналы прямоугольной
формы, так как в этих случаях, как правило, канал связи имеет
полосу пропускания, достаточно широкую для заданной скорости^
передачи. Искажения импульсов и вызванная ими межсимвольна»
интерференция при этом тоже достаточно малы. Используя
рассмотренные выше импульсы специальной формы и корректоры
сигналов на приеме (см. разд. 5.3), конечно, можно уменьшить
межсимвольную интерференцию и тем самым повысить качество
передачи. Пример формирования импульсов рассмотрен в разделе,
■посвященном методам двухфазного кодирования.
Так как кабель содержит много жильных пар, то при выборе
определенного способа передачи следует принимать во внимание-
переходные помехи от сигналов одних пар другим парам,
обусловленные емкостными и индуктивными связями. С одной стороны,,
сигналы данных не.Должны создавать переходных помех для си-
1 Название «псевдотроичный» само по себе применимо ко всем методам,,
при которых из двоичного сигнала получается трехпозиционный сигнал в линии.
В ФРГ оно введено для методов, описываемых в разд. 4.2.3.
11»
стем, использующих другие жилы кабеля, с другой стороны, сле-
■ дует стремиться уменьшить влияние этих посторонних систем на
■' передачу данных.
Дать общую оценку 'методов передачи в первичной полосе
частот с точки зрения их применимости в кабелях различных систем
' связи не представляется возможным. Она зависит не только от
вида используемой «посторонней» системы связи, но и от
скорости передачи данных. Можно лишь характеризовать такие мето-
' ды плотностью мощности помех в зависимости от частоты. Инте-
' трируя по области частот данной системы, которая не должна
подвергаться действию помех, и пользуясь оценкой через передаточ-
■ ную функцию этой системы и 'переходное затухание, можно
рассчитать мощность помех при определенном пиковом напряжении
на передаче. *
В системах с первичной полосой частот передачу всегда
предполагают двоичной, хотя при некоторых способах кодирования
она ведет к трехпозиционным сигналам на передаче и приеме.
Много-позиционная передача в таких системах обычно не при-
' меняется, так как для непупинизированных кабелей не возникает
проблемы хорошего использования полосы частот. Пиковое
напряжение на передаче следует выбирать с учетом допустимых по-
'мех от посторонних систем; тогда вместе с затуханием в канале
'связи и амплитудой помех оно определяет вероятность ошибки
:.для системы передачи в первичной полосе частот.
4.2.1. МЕТОДЫ ,С ПРИМЕНЕНИЕМ ДВУПОЛЯРНЫХ
И ОДНОПОЛЯРНЫХ ИМПУЛЬСОВ
В простейшем случае передачи в первичной полосе частот сиг-
палы данных передаются непосредственно в форме двуполярных
или однополярных импульсов, как показано на рис. 4.16. Переда-
■ ча двупол яркым и импульсами предпочтительнее, так как на
приеме при нулевом пороговом уровне решение не зависит от их
амплитуд (рис. 4.166). При однополярных сигналах пороговый
•уровень зависит от амплитуды на приеме Ав и должен быть
отрегулирован на значение ЛЕ/2 (рис. 4.16а).
Так как однополярные и двуполярные сигналы содержат
постоянные составляющие (см. разд. 4.1.1), то канал связи должен
'пропускать постоянный ток, т. е. передатчик и приемник должны
быть гальванически связаны.
Спектральная плотность мощности случайной
последовательности прямоугольных двуполярных импульсов в порядке
иллюстрации приведена на рис. 4.24 (кривая 1).
Изменения формы сигналов в непупинизированных кабелях и
.возникающая от этого межсимвольная интерференция при
наиболее распространённых скоростях до 10 кбит/с и дальностях в не-
'320
сколько километров еще так малы, что искажения прямоугольных
импульсов можно не учитывать. Поэтому в таких случаях можно
передавать и неизохронные сигналы данных. Конечно, можно
уменьшить искажения и увеличить дальность, если .корректировать
линию (см. разд. 5.3, а также том 2, разд. 7.3.1.1 и 7.4.1.2).
т
Передаваемые i i—i i 1 i—
данные 0 | | | | |
Время —»-
Пороговый
уровень
Время »-
Пороговый
уровень.
Время ■—^т~
Рис. 4.16. Графики, иллюстрирующие методы передачи в первичной полосе
частот с помощью однополярных (а) и двуполярных (б) прямоугольных
импульсов
Применение импульсов специальной формы возможно и при
неизохронной передаче данных. Однако без межсимвольной
интерференции могут быть переданы только изохронные данные (см.
разд. 4.1.)). При синхронной передаче длинной
последовательности нулей или единиц в приемнике вследствие отсутствия смены-
посылок синхронизм между тактами и данными может не
сохраняться. С помощью соответствующих мер, например путем
перемешивания передаваемых данных (скремблирования — см. разд.
4.4.1), следует добиваться, чтобы количество смен посылок
всегда было достаточным для сохранения синхронизма.
Однако однополярные и двуполярные сигналы могут быть
переданы и по каналам, не пропускающим постоянного тока, если
на приеме корректируется завал характеристики канала в
области нижних частот, т. е. восстанавливается постоянная
составляющая сигнала. Это обеспечивается схемой с обратной связью по
решению (рис. 4.17); в канале обратной связи она имеет фильтр
нижних частот, компенсирующий фильтрацию высших частот в
прямом канале. Недостатком такого метода является его
чувствительность к помехам и искажениям принимаемого сигнала [4.8].
121
Сигнал
в линии
II
со
АЕ
АЕ
2
0
в линии
X О
со
о
-А,
II
2 ^ —^F
2
Данные
Передатчик
Канал
связи
Однополнрные или фильтрация
двуполярные верхних
прямоугольные частот
импульсы
"1
ФНЧ
I
L
Усилитель
с релейной
характеристикой
Реген
данные
J
Рис. 4.17.. Приемник с обратной связью по решению для восстановления
постоянной составляющей
н
Пр'И описываемых далее методах постоянная составляющая
-отсутствует с самого начала.
А.2.2. БИПОЛЯРНЫЙ МЕТОД
При биполярном методе символу 0 соответствует нулевое
значение сигнала на передаче, а символу 1 — попеременно значения
+А или —А. В связи с этим в американской литературе его
называют AMI (Alternate Mark Inversion) методом. График
передаиваемого сигнала показан на рис. 4.18. Спектральная плотность
Тактовы
сигнал
Передаваемые ■] ■
данные '
5 ЛЩЦ1Щ1ПЛ|1|1^
! I
Рис. 4.18. Графики,
ный метод
Время.
иллюстрирующие биполяр-
-мощности случайной последовательности сигналов данных
относится к одному из типов, приведенных на рис. 4.24 (кривая 2).
Она обращается в нуль на нулевой частоте и на двойной частоте
Найквиста 2fN. Таким образом, возможна передача и по линиям,
Д22
содержащим разделительные трансформаторы. Максимум
спектральной плотности прямоугольных импульсов располагается-
несколько ниже частоты fN. ■
Для восстановления информации на приеме при использо(вани1Г
сигналов со значениями ±ЛЕ и 0 пороговый уровень должен быть,
установлен равным ±АЕ/2.
При таком кодировании возможна только синхронная
передача. Последовательность нулей преобразуется на передаче в
сигнал с нулевой амплитудой, и восстановление фазы тактов в
приемнике невозможно. Поэтому чтобы сохранить синхронизм между
данными и тактами на приеме, необходимо исключить появление
длинных последовательностей нулей в передаваемом сигнале,
например, путем окремблирования (см. разд. 4.4.1).
4.2.3. ПСЕВДОТРОИЧНЫЕ МЕТОДЫ
При псевдотроичном методе * прямоугольные импульсы короче
тактового интервала (длительности передачи символа), например
имеют половинную длительность, и поэтому переходный процесс
успевает затухнуть до того момента, когда посылается новый
импульс.
Кодирование при псевдотроичном методе такое же, как и' при
биполярном методе, однако единица передается импульсом
половинной длительности. Поэтому в американской литературе
биполярный метод называют full bauded AMI-методом, а
псевдотроичный — half bauded AMI-методом. Временная диаграмма
показана на рис. 4.19, а спектральная плотность мощности — на рис. 4.24
(кривая 3).
Тактовый
сигнал
jma[uiJiri(LJifianjL
Передаваемые 1
данные
Сигнал
линии о
^АЕ/2
-АЕ/2
11-П-Г
! I
Время-
I I
Пороговые!
I уровни
1±
Рис. 4.19. Графики, иллюстрирующие псевдотроичный
метод
* Его чаще называют квазитроичным. См. также сноску на с. 119.
(Прим. ред.)
123
При одинаковом пиковом напряжении на передаче высота
максимума спектральной плотности значительно меньше, чем при
биполярном методе; поэтому помехи, создаваемые посторонним
системам, меньше, а чувствительность к помехам, напротив,
больше, чем при биполярном методе. В отношении остальных свойств
.оба метода равноценны.
•4.2.4. МЕТОДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ БИПОЛЯРНЫХ КОДОВ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ
Коды, применяемые в этих методах, в американской
литературе называют высокоплотными биполярными кодами — ВБКп
кордами (High Density Bipolar: HDBn) и совместимыми ВБКп
кодами (Compatible HDBn) порядка п — СВБКп [9*. 4.19].
«. В обоих методах применяется такое же кодирование, как и при
биполярном методе. Символу 0 соответствует сигнал с нулевым
.значением, <но лишь до тех пор, пока число идущих подряд нулей
не превышает п — эта величина указывается индексом в
сокращениях ВБКп и СВБКп. Если их число превышает п, то правило
■биполярного кодирования 'нарушается (в американской
литературе: bipolar violation) и, чтобы, исключить длительное нулевое
значение сигнала, посылается особая серия импульсов.
Передаваемый сигнал зависит от того, имелось ли с момента предыдущего
нарушения биполярного кодирования четное или нечетное число
символов 1 («уль при этом рассматривается как четное число).
При перекодировании (п+1) символов 0 заменяются
при четном числе передавае- при нечетном числе передава-
мых символов 1, начиная с емых символов 1, начиная с
последнего импульса иаруше- последнего импульса
нарушения, на ния, на
ВБКп В00 ... 00V 000 ... 00V
СВБКп 000 ... ВОВ 000 ... 00V
Здесь V — импульс нарушения; В — импульс, соответствующий
биполярному кодированию.
Из этого правила кодирования видно различие между
методами ВБК-п и СВБК-n: при методе СВБК-n работа декодера на
приеме не зависит от индекса п, т. е. от допустимого числа
следующих друг за другом символов 0. При обоих методах сигнал
передачи с нулевой амплитудой появляется на время,
соответствующее длительности не более п (индекса в обозначении кода)
битов. Благодаря этому возможно сохранение синхронизма на
приеме и для длинных последовательностей нулей.
Временные диаграммы сигналов при методе ВБК-2
(применяемом и для передачи с ИКМ, см. разд. 3.2.1), СВБК-2 и СВБК-3
показаны на рис. 4.20. При п=2 оба метода кодирования
идентичны. (При я=оо они совпадают с биполярным методом.) Такое же
кодирование можно применять и при поевдотроичпом методе.
.124
График спектральной плотности мощности при индексе п—2
наиболее сильно отличается от аналогичного графика при
биполярном .методе (ом. <рис. 4.24, кривая 4). Имеется резко
(выраженный максимум около частоты Найквиста fN. С .возрастанием
индекса п кривая спектральной плотности постепенно переходит в
кривую, соответствующую биполярному методу.
Тактовый
сигнал
ji|wijumjinA^
Передаваемые ■]
данные
■Сигнал
Ш линии
ooov|obov|obovI
Время -з»
■Рис. 4.20. Графики, иллюстрирующие методы с использованием биполярных
■кодов высокой плотности:
а) кодирование ВБК-2 или СВБК-2; б) кодирование СВБК-3
-4.2.5. ДВУХФАЗНЫЙ МЕТОД. ИЛИ МЕТОД РАСЩЕПЛЕНИЯ ФАЗЫ
При этом методе [4.20, 4.21, 31*] используются показанные на
рис. 4.21а элементы сигнала, отличающиеся друг от друга
сдвигом по фазе на 180°. Передаваемые данные кодируются
следующим образом: если в данный момент отсчета двоичный символ
-изменился по сравнению с предыдущим отсчетом, то передается
элемент сигнала, сдвинутый по отношению к предыдущему на 180°
(этим объясняется также название метода); если же символ не
изменился, то не происходит и скачка фазы. При таком
кодировании возможно явление «обратной работы»: смена символа,
вызванная помехой, ведет не к единичной ошибке, а к ошибке,
повторяемой до следующей помехи; в этом интервале времени
принятые символы инверсны по отношению к переданным.
Преимуществом данного метода является передача тактов —■ как видно из
рис. 4.21, с интервалом либо Т/2, либо Т происходит смена
полярности сигнала на линии. Тактовая синхронизация может, та-
125
ким образом, осуществляться на приеме независимо от
передаваемого сообщения. Поскольку сигнал на приеме состоит из дву-
полярных импульсов, то нет необходимости в регулируемом
пороговом уровне. Однако достигается это преимущество ценой
весьма широкого спектра (см. рис. 4.24, кривая 5). Спектральная
lb
\:
j | Значения j | Значения
П сигнала П сигнала"
W
Времн-
а)
Тактовый
+^
».
сигнал
jW^WiW
данные
Значения
сигнала
Сигнал
в линии
iUiUKiWrr^1
Передавав- . I | |
мые I ГТ1 Г
Моменты отсчета | |
I I |
ш
6)
Время
Рис. 4.21. Графики, иллюстрирующие метод
расщепления фазы:
а) элементы сигналов-; б) сигналы
плотность обращается в нуль на нулевой и четырехкратной
частоте Найквиста. Ее максимум достигается на частоте между fN
и 2fN.
4.2.6. ДВУХФАЗНО-КОДОВЫЙ МЕТОД
Преимущество данного метода по сравнению с двухфазным
состоит в том, что случайная смена символа не ведет к
размножению ошибки. Подлежащие передаче данные кодируются при этом
методе так, что при символе 0 происходит скачок фазы элемента
сигнала, а при символе 1 скачка нет (рис. 4.22). На приеме,
таким образом, 1 однозначно характеризуется сменой полярности
в точке отсчета, а 0 — отсутствием смены полярности [4.20, 4.22].
Между двухфазным и двухфазно-кодовым методами нет
различия в отношении выделения синхросигнала из принимаемого
сигнала, нет различия и в спектре последнего при случайной по^
следовательности данных. Различия между этими методами про-
126
являются в спектрах сигналов при специальных
последовательностях данных. При двухфазном методе или методе расщепления
фазы длинной последовательности нулей или единиц
соответствуют линии в спектре на частоте f=2fN=l/T. При
двухфазно-кодовом методе длинная .последовательность единиц имеет
спектральную линию «а частоте f=2fN=l/T, в то время как длинная
сигнал 4итЧ , ,4 , , , ,4 , , ,
Передаваемые
данные
I
I I I I Моменты отсчет!
Сигнал a g E
в линии i ™ о
I I I
Моменты отсчета
-"!!}>■
Время
Рис. 4.22. Графики, иллюстрирующие
двухфазно-кодовый метод (элементы сигналов — см.
рис. 4.21а)
последовательность нулей — >на частоте f=fN=\/2T. Спектр
случайной импульсной последовательности при двухфазном методе
простирается от 0 Гц до найкввстовской частоты (см. рис. 4.24,
■кривая 5).
Что касается наложения соседних импульсов, то при обоих
методах возможно выгодное формирование импульсов.
Формирование импульсов при двухфазном методе. После
передачи прямоугольных импульсов по каналу с ограниченной поло-
-сой пропускания смена полярности в' общем случае .происходит
не в требуемые моменты времени, т. е. с временным интервалом
Т/2 или Т, а в моменты, которые получаются в результате
искажения элементов сигнала (межсимвольная интерференция — см.
разд. 4.1.3). Межсимвольная интерференция при всех методах
передачи в первичной полосе частот может быть уменьшена, если
использовать ограниченные по спектру 'импульсы, о которых шла
речь в разд. 4.1. В качестве примера рассмотрим форму
импульса, наиболее благоприятную для двухфазного метода.
При этом методе двуполярный прямоугольный импульс
необходимо преобразовать в такой импульс, у которого вызванные
ограничением полосы частот начальное и конечное колебания как
минимум на интервале Т/2 в достаточной степени подавлены.
Аналитические выражения такого преобразованного импульса и его
127
спектра получаются путем подстановки значений нижеследующих
отсчетов:
п ... —2—1012 ...
g(nT) ... 0 d 0 —d 0 ...
в формулы теоремы отсчетов (4.5) и (4.6):
g{f) = d f sin К4"/7*) (* + У/4)] sin [(4я/Т) (t - Г/4)] |
I
' 4 v
(4я/Г)(* + 774)
(4п/Г)(<_Г/4)
Td . at
Sin
2\ 4
|(0|<
4л
Вид импульса и его спектр показаны .на рис. 4.23с, б.
Функция g(t) формально соответствует парциально
кодированному импульсу класса 4 [см. (4.11)]. В данном случае, в отличие
от метода 'парциальных отсчетов, характеристические значения
соседних импульсов не накладываются друг на друга, так как каж-
• дый импульс (несмотря
s(t) .
'1^
Время t -
на начальное и конечное
колебания) ограничен
длительностью посылки Т
(рис. 4.23а). По этой же
Рис. 4-23. Графики,
иллюстрирующие двухфазный
метод с применением
импульсов измененной
формы:
а) сигнал g(i); б) модуль
его спектра |G(/J|; в)
наложение сигналов при
двухфазно-кодовом методе
причине при двухфазном методе не происходит образования трех
несущих информацию состояний сигнала, которые бы
обрабатывались на приеме. Нулевые значения сигнала в этом случае не
несут передаваемой информации, а лишь обозначают середины
импульсов (рис. 4.23в) с целью обеспечения тактового синхронизма
на приеме независимо от переданных данных.
Спектральная плотность мощности преобразованных
импульсов, как и спектры двухполярных импульсов при двухфазном и
двухфазно-кодовом методах, имеет нули на нулевой и
четырехкратной найквистовской частоте, но за пределы этой области не
распространяется.
4.2.7. МЕТОДЫ ПАРЦИАЛЬНЫХ ОТСЧЕТОВ
Эти методы, которые обеспечивают особенно хорошее
использование имеющейся в распоряжении полосы частот удельную
скорость передачи до. 2 бит-с-1/Гц, уже обсуждались в разд. 4.1.5.
125
Они могут оказаться выгодными и при передаче данных по
низкочастотному кабелю в тех случаях, когда наложены жесткие ог-
- раничения на спектральные компоненты сигнала, которые попа»
дают в полосу частот систем, использующих соседние жилы
кабеля, >и -поэтому занимаемая
полоса- частот должна 1,ог
быть возможно меньшей.
В качестве примера на
рис. 4.24 (кривая 6)
показана спектральная
плотность мощности парци-
Рис. 4.24. Спектральная
плотность мощности rN(x)
различных случайных
последовательностей с амплитудой А =
= \/~уТ в функции от
нормированной частоты x=f[fN
для различных методов
передачи в первичной полосе
частот, где f — частота; ifN —
частота Найквиста; Т — дли-
чельность посылки; х=ЩТ=
=Ш n — нормированная
частота (х=1 при f=l/2T={N).
О 1 2
Нормированная частота x=f/ffg-
Кривая
Метод
Спектральная плотность мощности fjy(*J
2
3
4
5
6
Двухполюсного
телеграфирования
Биполярный
Псевдогроичный
СВБК-2
Расщепления фазы; двухфазно-
кодовый
С парциально кодированными
импульсами класса 4 (с
ограничением полосы частот)
[sin
"(*/2)1*
я (х/2) ]
sin2ji(jt/2)12
rsin2ji(x/2)1
I я(*/2) J
sin зт (x/2) sin я (х/4)~\2
[
Г
я (х/4)
Не определяется как квадрат
амплитудного спектра — см.
сноску на с. 99 [4.19]
{s\n*n(x/4)y
[0,9sin3T.x]2
5—41
12Ш
-ально кодированного импульса класса 4, <не имеющего постоянной
-составляющей.
•• При передаче данных с применением метода парциальных от-
-счетов, как и при биполярном, .псевдотроичном и ВБК методах, на
приеме должен обрабатываться трехпозиционный сигнал. Это
связано с необходимостью иметь два регулируемых пороговых
уровня .и ведет к более высокой чувствительности перечисленных ме-
трдов по сравнению с двоичным.
При передаче последовательности, состоящей только из нулей,
сигнал в линии связи равен нулю, что препятствует
восстановлению границ посылок на приеме. Чтобы обеспечить синхронизацию
приемника при любой последовательности данных, необходимо
принимать специальные меры, например перемешивать (скремблиро-
в'ать) передаваемую последовательность. Кроме того,
рассматриваемые здесь методы предъявляют более высокие требования к
точности моментов отсчета по сравнению с методами,
описанными в разд. 4.2. Это видно по глазковой диаграмме на рис. 4.14 и
уже было отмечено в разд. 4.1.5.
4-3. МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДУЛЯЦИИ
Поскольку при рассмотренной в разд. 4.2 передаче в первичной
- полосе частот сигналы данных имели постоянные составляющие,
то и канал связи должен был пропускать постоянный ток. Если
же передаваемые сигналы данных закодированы так, что не имеют
постоянных составляющих, то нижняя граничная частота канала
'-должна быть лишь достаточно малой по сравнению с найквистов-
-ской частотой. Кроме того, при передаче в первичной полосе
частот предполагается, что канал незначительно срезает спектр
сигналов в высокочастотной области. Эти допущения, как уже
отмечалось (см. разд. 3.1), в общем выполняются для жильных пар
кабелей.
Однако такие каналы связи, как, например, каналы ТЧ, имеют
лишь ограниченную полосу пропускания. Нижняя граничная
частота у них недостаточно мала, чтобы обеспечить
непосредственную передачу первичных сигналов, а на более высоких частотах
'быстро возрастает затухание. Иначе говоря, имеется лишь резко
'ограниченная полоса частот, в которой возможна передача.
Поэтому передаваемые сигналы данных необходимо преобразовать так,
чтобы наиболее существенные компоненты их спектров лежали в
полосе пропускания канала связи. Это достигается с помощью
модуляции некоторого несущего колебания f(t)—A cos((aot+Ц))
передаваемым сигналом данных. Несущее колебание можно
модулировать по амплитуде А, частоте w=[d((Oot+q>)]ldt или фазе <р.
• В результате модуляции основные компоненты спектра
первичного
го- (модулирующего) сигнала данных перемещаются в окрестность
несущей частоты а>0.
Наглядное представление о методах модуляции и
возникающих ири них спектрах сигналов дает рис. 4.25 [4.23, 6*, 14*]. Для
упрощения предполагается, что передается периодическая
последовательность 1010... со скоростью v=AIT. В разд. 4.1.4
отмечалось, что для передачи со скоростью v нужна, как минимум,
полоса частот от 0 до aN=n/T (или /^=1/2Г) — найквистовская
полоса. В спектре последовательности 1010..., как показано на
рис. 4.25, в первом ряду, имеется основная гармоника с частотой
Временная диаграмма
Первичный к""Н /Р^~0
сигнал —J T \\
Двоичная
амплитуд
нан моду
личин
Значении
сигнала
2Т=
"TV
1 I
Двоичная
частотная
модуляция
„1
Двоичная
фазовая
модуляция
I I
I»
i i
Время —=»_
Состояния сигнала
Отрицательное
напряжение
Положительное
напряжение
Амплитуда А
Амплитуда А'=0
Частота tJ-j
Частота о>>
Изменение фазы
(здесь 180°)
Отсутствие
изменения фазы
Частотные спектрьг
-1
0,636
0,212
I
72Т -72Т
0,318 0.5
0,106 ■ I y-J1B 0,106
I
0.103
_|_
I I
I I
I 0,825
I
0.38
I
0.38
I
0,103
I I I
I I I
I ' I '
0.636 J 0,636 у
0,212
I
Ш
2Т с
2Т
f„ '
0,212
J
f„+-5-f +
о 2Т о
2Т
Частота -
Рис. 4.25. Методы модуляции
fp—l/2T. Чтобы информация могла быть восстановлена на
приеме, эта спектральная линия, частота которой соответствует найк-
вистовской частоте aN или fN, должна быть передана. Поэтому на
спектральной диаграмме рис. 4.25 она выделена жирной линией.
Временные и спектральные диаграммы сигналов, полученных
в результате скачкообразного изменения амплитуды, частоты или
фазы несущего колебания в соответствии с прямоугольной
формой первичного 'сигнала, при разных методах модуляции
оказываются различными (рис. 4.25 соответствует случаю, когда пер^
вичным сигналом является периодическая последовательность).
При двух состояниях первичного модулирующего сигнала говс-
5* . . . - 1й
рят о двоичной модуляции, при скачкообразном изменении
амплитуды, частоты или фазы — о манипуляции.
Рассматривая отдельные 'методы модуляции, мы коснемся
также использования полосы частот, которое уже обсуждалось в
разд. 4.1 для первичных сигналов. Как видно из рис. 4.25, при
передаче с модуляцией возникают две боковые полосы. Таким
образом, в данном случае по сравнению с передачей в первичной
полосе частот удельная скорость вдвое меньше. Какие
возможности имеются для повышения удельной скорости передачи —
передача с одной боковой полосой и с частично подавленной боковой
полосой, специальные методы, как, например, передача с помощью
двух сдвинутых на 90° по фазе несущих и с помощью многопо-
зицион'ных сигналов — все это будет обсуждаться в последующих
разделах. *
При всех указанных методах для оптимальной демодуляции на
приеме из сигнала данных, или из передаваемого вместе с ним
пилот-сигнала должно быть выделено несущее колебание. Это
особенно необходимо по той 'причине, что при передаче сигналов по
телефонным соединительным трактам возникают сдвиги частоты
■(см. разд. • 3.2.2.6). Мы еще коснемся подробнее проблем
восстановления частоты и фазы несущего колебания при этих методах
в разд. 4.4.2.
Вероятность ошибки при различных методах модуляции, в
частности и для многопозиционных сигналов, будет рассмотрена
в разд. 4.5. Некоторое общее сравнение можно провести уже по
спектрам, показанным на рис. 4.25. Первые боковые линии на
частоте аю±п/Т или fo±l/2T — самые высокие при фазовой
модуляции, .ниже при частотной я еще ниже при амплитудной модуля-
- ции. Уже это, очень простое рассмотрение позволяет сделать зак-
' лючение о чувствительности методов модуляции к помехам,
которая подробнее исследуется в следующих разделах.
4.3.1. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
i- При двоичной амплитудной модуляции, показанной на рис. 4.25,
во втором ряду, принято, что логическая единица передается
амплитудой* А, логический нуль — амплитудой Л'=0. При двоичной
амплитудной модуляции с амплитудами Л и Л' в общем случае
глубина модуляции определяется как \(А—А')\А | -100%. Для
передачи данных применяется почти исключительно глубина
модуляции 100%, как и показано «а рис. 4.25, во втором ряду. Из
рис. 4.25 видно также, что форма спектра первичного сигнала,
если учесть коэффициент 2 из-за появления двух боковых полос,
* Используемую авторами величину более правильно рассматривать как
двойную амплитуду, называемую обычно размахом сигнала. (Прим. ред.).
132
сохраняется. Далее, прежде чем речь пойдет о возможностях
обеспечения более высоких удельных скоростей за счет -передачи с
частично подавленной боковой полосой, передачи .с помощью двух
сдвинутых яа 90° сигналов в одной полосе частот ,и за счет
использования многопозиционных сигналов, мы вначале подробнее
рассмотрим модуляцию с двумя боковыми полосами.
4.3.1.1. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ С ДВУМЯ БОКОВЫМИ ПОЛОСАМИ
Чтобы облегчить дальнейшее рассмотрение, на рис. 4.26
показана основная структура системы передачи с амплитудной
модуляцией и указаны обозначения сигналов и спектров.
гн
-3r
• , г
KMHKMleWK1"1 I
емЮ aDW sW
Д
ФНЧ„
I
прм
. cos ^t+v>|<(c«>0U
L-roc
Только при когерентной
демодуляции
Рис. 4.26. Система связи с применением амплитудной модуляции с двумя
боковыми полосами:
ФПС — фильтр первичного сигнала; М — модулятор; ФпрД — фильтр передатчика; КС —
канал связи; Фпрм —фильтр приемника; Д — демодулятор; ФНЧпрм — фильтр нижних
частот приемника; ГН — генератор несущей; ГОС — синхронизированный генератор
опорного сигнала
Предполагается, что в распоряжении имеется полоса шириной
2&g и частота соо несущего колебания
f{f) — Acos(o0t
лежит в середине полосы передачи.
Таким образом, передача осуществляется в полосе частот
<ю0—Og < со < со0 4- «V (4-15)
В эту область переносится спектр первичного сигнала /*в(со).
В результате модуляции несущего колебания coscoo£
первичным сигналом fB(i) получается сигнал, имеющий спектр
ю0)].
FM П = А J fB (t) cos co01 е~ш dl = -~ [FB (« + co0)+FB (to -
(4Л6)
При этом предполагается, что полоса частот первичного
сигнала fB(t), как было отмечено в разд. 4.1, ограничена с помощью
133
фильтра- ФПС, показанного на рис. 4.26, чтобы, не создавать по.
вает cneKTnTf ^ частотных *""*• Е™и этот фильтр
ограничивает спектр ^в(<о) первичного сигнала полосой am^2«,0-(L (р.ис
4.27а), то в полосе передачи на положительных частотах нет
I ~~^%-
Нижняя Верхняя
боковая боковая
полоса полоса.
Г^
6)
2IGMMI
K*U4-fb(c>hj0) -ш0
"o-^g wo "о+"д
K(oj)-F(o>-coofy
Круговая частота—*-
Рис. 4.27. Амплитудные и фазовые спектры
первичного сигнала и сигнала амплитудной модуляции
с двумя боковыми полосами
компонент, принадлежащих Рв(<о + <о0) в (4.16). При модуляции
получаются две боковые полосы, амплитудные характеристики
которых располагаются симметрично, а фазовые характеристики —
антисимметрично по отношению к ,и0 (см. рис. 4.276, правая
половина). В дальнейшем наряду с fB(<o—<о0) рассматриваются и
134
компоненты .FB(co + coo) (расположенные в области отрицательных
частот), так как при демодуляции они участвуют в формировании
^спектра 'первичного сигнала.
Показанный на рис. 4.26 модулятор М чаще всего действует
как переключатель, меняющий полярность первичного сигнала с
интервалом времени я/соо. Соотношение (4.16) справедливо при
условии, что компоненты сигнала с частотами Зсоо, 5<a0. —,
появляющиеся при модуляции такого прямоугольного несущего
колебания:
cos<a0t cos3co0f-| cos5co0/—...,
3 5
подавляются фильтром передатчика (Фщ>д).
Как показано на рис. 4.26, модулированный сигнал fM(t)
проходит через фильтр передатчика, канал связи и приемный фильтр,
имеющие результирующую частотную характеристику
/СН = |КН|е * .
Тогда, как для преобразования Фурье модулированного сигнала
Gm(co), на входе демодулятора с учетом (4.16) получаем
GM (со) = ~- [К* (со) FB (со + щ) + К (со) FB (ю-ю0)].
Компонента /^(со+соо) умножается на комплексно
сопряженную частотную характеристику К{—со) = К* (со), поскольку
Gm{—со) удовлетворяет необходимому для преобразования Фурье
вещественного сигнала Gm (со) требованию (см. разд. 4.1.1)
GM(-co) = G;(co).
Как видно из рис. 4.27в, спектр принятого сигнала Д'(со)/7в(со—
—ио) уже не обладает симметрией, присущей fB(co—со0), так как
в общем случае реальные фильтры и каналы связи .имеют
несимметричные частотные характеристики.
Для восстановления гсрвичного сигнала gsif) принятый сигнал
Em{t) должен демодулироваться в приемнике.
При передаче с двумя боковыми полосами имеется особенно
простая возможность некогерентного выделения огибающей путем
двухполупериодного выпрямления при условии, что передается
остаток несущей, амплитуда которого больше или равна наивысшей
амплитуде первичного сигнала. Однако при передаче данных
используют, главным образом, когерентную, т. е. синхронную с
несущей, демодуляцию, при которой на приеме из сигнала выделяется
сигнал cos[coo*+cpk(coci)], синхронный с несущим колебанием. При
-некогерентном детектировании имеют место большие искажения
смодулированного первичного сигнала, вызванные
неравномерностью затухания и ГВЗ фильтров и канала связи, что ведет к
135
большей чувствительности передачи к помехам [4.8, 31*] по
сравнению с когерентной демодуляцией.
Для когерентной демодуляции принимаемый сигнал £м(0
должен быть умножен на опорный сигнал cos.[coc*4-^k(g>o)] (см. разд.
4.4.2), имеющий амплитуду и фазу несущего колебания, так что
спектр на выходе умножителя
со
Од N = JVm (0 cos К t + фК К)] е~ш dt =
—со
= — [GM(ю+со0)е к _|_GM(co—со0)е * J =
= — /C(co4-(u0)fB(o))e * +
4 l ?
+ /С (сй-йо)FB(«o) е Ф«(Шо) + FB4 ((о ± 2со0)]_
Высокочастотные компоненты Сд(со), обозначенные как
FB4 (и±2соо),-подавляются низкочастотным фильтром приемника
(ФНЧПрм, см. рис. 4.26), и для спектра G(co) первичного сигнала
g{t) получаем выражение
G и=т \.к (ю+^ Fb и /Сфнчп (ш) е~' ^(Ио) +
+ К* (со-си0) FB (со) /СФНЧП (со) е Ф* (Юо)] = -L |д- (о)0 +
-Ьсо) | FB (со) *ФНЧП И е' [-я (и»,+фк '«•*■>] +
+ -\-\КК-со) |FB(cu)*фнчпИе! IV«"к <—>]. (4.17)
Две компоненты G(u)) на рис. 4.27г. для ясности изображены
друг под другом. Они получаются из спектральных составляющих
I и II на рис. 4.27в путем сдвига на —шо или +шо- Система
амплитудной модуляции эквивалентна некоторому фильтру нижних
частот с передаточной функцией (4.17) из двух компонент,
выражающих амплитудные и фазовые спектры боковых полос.
Системы, использующие амплитудную модуляцию с двумя
боковыми полосами, удовлетворяют поставленным в разд. 4.1
требованиям, если каждая из боковых полос в отдельности отвечает
условиям Найквиста.
Соображения, касающиеся формирования импульсов и удельной
- скорости передачи, а также передачи многопозиционными
сигналами, применимы, таким образом, и в данном случае. Поскольку,
однако, эта скорость из-за наличия двух боковых полос вдвое
меньше, чем при передаче в первичной полосе частот, то
рассматриваемые ниже возможности ее повышения приобретают особое
значение.
-136
4.3.1.2. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ С ОДНОЙ БОКОВОЙ ПОЛОСОЙ
И С ЧАСТИЧНО ПОДАВЛЕННОЙ БОКОВОЙ ПОЛОСОЙ
При обычной амплитудной модуляции каждая из боковых полос
содержит полную информацию, переносимую сигналом. Таким
образом, передача обеих боковых полос означает неэкономное
использование как мощности передатчика, так и имеющейся полосы
частот. Лучшее использование полосы достигается при уже
упоминавшихся методах модуляции с одной боковой полосой (ОБП) и
частично подавленной боковой полосой (ЧПБП). Рассмотрим их
отличия от модуляции с двумя боковыми полосами.
Прежде всего для облегчения дальнейшего анализа введем
преобразование Гильберта. Оно определяется соотношением
00
п J t — т
—со
Особенно важно, к каким изменениям ведет это преобразование
в частотной области. Если F(o) —преобразование Фурье fi(t), то
преобразование Фурье iF/i(<b) функции f(t) имеет вид
FftH=- if (a)sgno),
т. е. амплитудный спектр остается неизменным, только фазовый
спектр сдвигается на 90°. Применив преобразование Гильберта к
амшлитудн'омодулирова'нному сигналу, получаем
Н {fB (f) sin со0 t} = — fB if) cos co01,
или
H {fB (t) cos co01} = + fB (t) sin <o01,
где .Fb(со) =0 для |ш| > j(Oo|, т. е. полоса частот первичного
сигнала предполагается ограниченной.
Пользуясь этими свойствами преобразования Гильберта, легко
показать [4.24, 4.25, 3.1*|, что при амплитудной модуляции с одной
боковой полосой (ОБП) сигнал описывается выражением
Um (01обп = \h (t) cos ш01 ± -i- fB (t) sin <b0 t, (4.18)
где положительный знак имеет место при передаче нижней
боковой полосы, а отрицательный — верхней. Здесь также
предполагается, что FB(t), а следовательно, и fB(t) —функции с
ограниченным спектром: /гв(ю)=0 для |со|>|(Оо|.
При амплитудной модуляции с двумя боковыми полосами
(ДБП)* сигнал, напротив, имеет вид
* В отечественной литературе этот вид модуляции в зависимости от
наличия или отсутствия несущей называют соответственно амплитудной
модуляцией (AM) или балансной амплитудной модуляцией (БАМ). (Прим. ред.).
137
Um (01дбп =h (t) cosю01. (4.19)
Сигнал с одной боковой полосой яожно записывать как
полусумму или соответственно полуразность обычного сигнала с двумя
боковыми полосами и другого, аналогичного по виду сигнала,
полученного из преобразованной по Гильберту модулирующей
функции и сдвинутого на 90° несущего колебания.
Из отмеченного свойства вытекает удобный метод
формирования сигнала ОБП, применимый в тех случаях, когда в качестве
/в(0 используется импульс одной определенной формы (рис. 4.28).
Рис. 4.28. Формирование сигна-
fM (t) ла AM ОБП /at (t) с использова-
>_=— нием преобразования Гильберта
fis(t) первичного сигнала /в(Х)?
Н — фильтр Гильберта (цепь,
создающая частотнонезависимый
фазовый сдвиг, равный 90°); М — моду»
лятор
Именно такое положение имеет мести при передаче данных. При
этом, однако, необходимо выбирать т^кую форму импульса /в (I),
при которой его спектр обращается в нуль на нулевой частоте.
После демодуляции этот нуль спектра появляется уже на несущей
частоте, так что на ней можно передавать пилот-сигнал. К
импульсам, удовлетворяющим указанному условию, относятся, например,
парциально кодированные импульсы (см. разд. 4.1.5).
При практической реализации упомянутого метода, как
правило, целесообразнее вместо выполнения над функцией fB(t)
преобразования Гильберта непосредственно формировать импульсы /в(0-
и fB(t), например, с помощью простого дискретного фильтра [4.26].
В этом случае мы получаем такой метод формирования сигналов,
который позволяет реализовать систему передачи с ОБП без труд-,
но гыполнимых при передаче данны* требований (например, от-4
деление нежелательной боковой полосы фильтром).
Рассмотрим теперь особенности демодуляции сигналов с одной,
боковой полосой и частично подавленной боковой полосой.
Поскольку при этом в спектре амплитудномодулированного сигнала
не содержится остаток несущей, амплитуда которого была бы
больше или равна наивысшей амплитуде первичного сигнала, то речь
может идти только о когерентной демодуляции.
Если принятый сигнал
ём (0 = а (0 cos юо t + b (f) sin <o01 (4.20)
умножить, на несущее колебание cos (cooH-8). то получается
первичный сигнал .
■f (tV fr. (t)
cos a>0t
н
fji
»
sin o>01
i ..;
fi\
-
138
-gB (о = -j- \-a W cos e—ь (t) sin e], (4.21)
где все нежелательные компоненты, не попадающие в первичную
полосу частот, не учтены, поскольку они могут быть отделены
фильтром нижних частот, как уже было показано для случая
обычной AM.
Сравнение (4.19) и (4.20) показывает, что при передаче с
двумя боковыми полосами a(t)=fB(t) и b.(t}=0. При наличии
погрешности 6=7^=0 в фазе несущего колебания, хотя амплитуда
первичного сигнала и изменяется, однако важные для передачи
информации нули первоначального импульса сохраняются и в демодули»
рованном сигнале. Этот метод, таким образом, некритичен к фазе
несущей, и ее можно найти просто путем регулировки по
максимуму выходного сигнала.
Для передачи сигналов с ОБП это уже не так. Здесь a(t) =
=fn(t) и b(t)=fB(t), т. е. при 6=^=0 на выходе демодулятора
появляется линейная комбинация желаемых и преобразованных по
Гильберту импульсов. Поэтому для демодуляции необходима
несущая со специальной фазой. Простого критерия установления фазы
"несущей, однако, нет. Фаза пилот-сигнала, передаваемого совмест-
'но с основным, как уже было отмечено выше, в канале с
неравномерностью ГВЗ также не обеспечивает выявления оптимальной для
демодуляции фазы несущего колебания. В чувствительности к
погрешности фазы несущего колебания при демодуляции
заключается главный недостаток передачи с ОБП. В частности, при
использовании многопозиционных сигналов, как будет показано позднее,
погрешность в фазе несущей в несколько градусов уже может вести
'к недопустимо высокому проценту ошибок.
Компромисс между экономным использованием полосы частот
при передаче с ОБП и нечувствительностью к фазе несущего
колебания, свойственной обычной AM, обеспечивает передача с частич-
■но подавленной боковой полосой. При этом передаются одна
боковая полоса и дополнительно остаток другой боковой полосы [4.24].
Передаваемый остаток боковой полосы в первичной полосе частот
должен иметь спектр
' / —2iG(o)), |ю|<<ок;
I—lsgnco, |о|><вя,
где G(o)) может быть любой нечетной функцией от w с G(wB) =
= 1/2. Тогда при первичном сигнале fB(t) со спектром iFB(0
получаем импульс вида
оо
'f*{t)=~Ь \Fr (со) Fb (о)) е1 ю *d w'
— DO
139
с помощью которого при условии, что передается только- остаток
верхней боковой полосы, определяем сигнал с частично
подавленной боковой 'полосой, имеющий несущую частоту юо:
!mr (0 = \ !в (0 cos ©о t + -~ fR (t) sin щ t.
При (Or->-0 отсюда получается уже известный сигнал с ОБП. На
рис. 4.29а показан спектр сигнала с частично подавленной боковой
полосой для случая, когда в качестве первичного сигнала
передается импульс вида
f (/) = sin too t/((aat) (4.22>
при G(o)) =0,5sin[TOu^/(2tflG)], т. е. для синусоидально убывающей
с частотой части .остатка боковой полосы. Если для формирования
сигнала с частично подав-
1<°1 Гч ' I ленной боковой полосой
применяется схема рис.
4.28, то в качестве f(t}
должен быть послан
импульс, 'описываемый
выражением (4.22), а в
качестве f(t) — импульсы с
■различными значениями
P=«W(Og, показанные на
рис. 4.296.
I
0.5
*
1,0
l0,5
Круговая частота ■
-0.5
б)
\ р=
4.1
фг
0.1 0.3
/0,2 /
0.4 О'5
/у
2Т ЗТ
Время —
4Т
51
Рис. 4.29. Графики,
иллюстрирующие передачу с
частично подавленной боковой
полосой:
а) спектр .F(co) первичного
сигнала в форме импульса
вида sinx/л: (коэффициент
остатка боковой полосы Р=
=i(Ob/(Og=0,3); б) форма
импульса fii(t), обеспечивающая
получение сигнала AM с
частично подавленной боковой;
полосой с помощью схемы
рис. 4.28 при различвых
значениях коэффициента Р
На рис. 4.30 показан график вероятности ошибки в символе,,
иллюстрирующий уменьшение чувствительности к погрешности
фазы несущей, достигаемое при передаче с частично подавленной
боковой полосой. Оказывается, что, хотя таким путем и можно
добиться уменьшения вероятности ошибки, заметное улучшение на-
140
ступает лишь тогда, когда передается значительная часть второй .
боковой полосы. Поэтому в каждом случае следует выяснить, не
окажутся ли выбор специальной формы первичного сигнала,
например импульсов, формируемых по методу парциальных отсчетов
(см. разд. 4.1.5), и использование всей имеющейся полосы частот
для однополосной передачи
более выгодными, чем
передача с частично
подавленной 'боковой полосой.
При передаче как с
ОБП, так и с частично
подавленной боковой полосой
частота и фаза несущего
колебания, необходимого для
демодуляции, могут быть
восстановлены по
пилот-сигналу. Спектр первичного
сигнала >при этом следует
выбирать таким образом,
чтобы .пилот-сигнал и сиг-
Рис. 4.30. Вероятность ошибки в
бите при передаче с частично
подавленной боковой полосой
для различных значений
коэффициента j3 в зависимости от
погрешности в фазе несущей.
Помехи: белый шум в полосе Най-
квиста с отношением сигнал/шум
16 дБ
нал данных можно было .разделить на приеме без существенных
взаимных етомех. Об этом будет еще сказано в разд. 4.4.2.
Амплитудная модуляция, независимо от конкретной ее
разновидности (ОБП, ДБП и ЧПБП), относится к линейным методам
модуляции, так как при передаче спектр первичного сигнала суг
щественно не изменяется: он лишь сдвигается и преобразуется в
соответствии со свойствами канала связи. Влияние канала связи на
каждую компоненту спектра нетрудно установить, поэтому его
можно заменить некоторым эквивалентным каналом с первичной
полосой частот, как уже это было сделано в (4.17) для передачи с
двумя боковыми полосами (см. рис. 4.27).
К разновидностям амплитудной модуляции, обеспечивающим
экономное использование полосы частот, относится также
рассматриваемая «.иже амплитудная .модуляция в двух каналах с
одинаковой полосой частот и сдвинутыми иа 90° несущими, т. е. так
называемая квадратурная амплитудная модуляция (КАМ).
141
Погрешность в фазе несущей —^-*.
4.3.1.3. КВАДРАТУРНАЯ АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Как было отмечено выше, лучшего использования полосы
частот по сравнению с ДБП можно достигнуть при использовании
ортогональной или квадратурной амплитудной модуляции!
Скорость передачи в системе с AM' ДБП может быть удвоена
без расширения занимаемой полосы частот, если в одной и той же
полосе передавать два аддитивно наложенных друг на друга
сигнала, несущие которых сдвинуты по. фазе на 90° [4.27, 31*].
Сигнал двоичной AM в каждом канале имеет скачки фазы,
равные 180°, т. е. идентичен сигналу двоичной фазовой модуляции.
После сложения двух ортогональных сиг-
fM1(t) налов существуют, как показано «а рис.
^- г ~я\ 4.31, четыре различных значения фазы. Од-
Ч I s\ намо такая система отличается от схемы че-
>^ | / тырехпозициовной фазовой модуляции ко-
\0// дироваиием, т. е. правилом, по которому по-
1 ~sfc~ | М2 следовательности битов 'ставятся в ооответ-
/ N. , ствме состояния модулирующего сигнала
/ \ ^ч | (см. разд. 4.3.3).
1___-^1 Структурная схема системы с КАМ
изображена на рис. 4.32. Первоначально пере-
Рис. 4.31. Формирова- даваемый сигнал fo(t) разделяется в
кодеине фазы при квадра- ре ^ ,на два .сигнала Ш) и f2(t), которые
турной амплитудной мо- _
дуляции за счет сложе- имеют половинную скорость передачи и в
яия ортогональных сиг- обеих ветвях системы раздельно модулиру-
яалов fMi(t) и fM%(t) ются (Mi, M2), демодулируются (Дь Д2),
подаются на схемы отсчета и
регенерации (ОРх, ОР2). В декодере ДК по комбинациям обоих
принимаемых сигналов восстанавливается первоначальная двоичная
последовательность. Вследствие разделения на две независимые ветви
яри скорости модуляции Л/Т можно работать с двойной скоростью
Передачи 2/Т. Необходимая при изменении скорости синхронизация
обеспечивается местным генератором ГТН. Формирование сигналов
в основном осуществляется раздельно для обеих ветвей фильтрами
яижних частот, стоящими перед модуляторами и после
демодуляторов, причем спектры на выходе в большинстве случаев получают
косинусоидальное сглаживание, о котором говорилось в разд. 4.1.4.
Общий для обеих ветвей фильтр передатчика служит, главным
образом, для подавления нежелательных продуктов модуляции.
Задачей общего фильтра приемника, наряду с формированием
импульсов, является возможно лучшее подавление помех, действующих в
канале связи.
Для восстановления информации •принимаемый сигнал
£м (0 = а (0 cos щ t + b (t) sin o)01
142
демодулируется путем умножения на ортогональное несущее
колебание с необходимой фазой:
ёд1 (0 =: а (0 cos2 ^o t + b {t) sin o01 cos o01 =
= — [a (t) + g (/) cos 2©0 ^ + Ь (t) sin 2o)0 £];_
Яда (0 = b (t) sin2 o01 + g (£) cos co01 sin oQ £ =
= — [b(t) — b(t) cos2a)0t + a(t)sin2(u0t].
ФНЧпрд1
f„(t)
f^t)
-ГТН-
90'
fo(t)
/
M,
fM1 (t)
ФНЧпрД2
дД1 (t)4 ФНЧпрм-,
,9! №
Фпрд Фпрм
оео-ч:
ГМ1
(t)
/<t>H4rjpM2
9Д2 I1»
Рис. 4.52. Система связи с применением квадратурной амплитудной
модуляции:
К — кодер; ДК — декодер; ФНЧпрд — фильтр нижних частот передатчика;. ФНЧпрм — фильтр
нижних частот приемника; М — модулятор; Д — демодулятор; Фпрд — фильтр передатчика;
Фпрм — фильтр приемника; КС — канал связи; ОР — схемы отсчета и регенерации; ГТН —
генератор гактового сигнала и несущей; ГТОС — синхронизированный генератор тактового и
опорного -сигналов
После подавления высокочастотных компонент в приемном
фильтре низких частот сигналы обоих каналов полностью
разделены: gBi{t)=a(t); gB2(t)—b(t). Если, однако, фаза несущего
колебания .отклоняется от требуемого значения, то в gBi\(t) или gmit)
появляются посторонние компоненты сигнала другого канала. Для
синхронизации фазы на приеме (см. разд. 4.4.2) либо применяют
пилот-сигнал, размещенный в середине полосы частот (в
специально созданном для этого провале спектра сигнала), либо из
сигнала данных выделяют сигнал ошибки, пропорциональный
отклонению фазы.
Для систем КАМ с многопозиционными сигналами векторы
сигналов могут упорядочиваться различным образом [4.28]. Один из
примеров показан на рис. 4.33, а в томе 2, разд. 7.3.2.2, будет рас-
143
смотрен другой пример, касающийся передачи со скоростью
9600 бит/с по иекаммутируемым телефонным трактам.
Различные системы КАМ отличаются,
хотя и незначительно, друг от
друга по чувствительности к
помехам. Причина этого
заключается в том, что в
зависимости от положения векторов
сигнала расстояния между
соседними состояниями,
определяющие чувствительность к
помехам, различны.
Рис. 4.33. Формирование фазы при
квадратурной амплитудной
модуляции за счет сложения
ортогональных сигналов четырехпозиционной
AM. fMl(t) KfM!i(t)
4.3.1.4. УДЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ПРИ АМПЛИТУДНОЙ
МОДУЛЯЦИИ
При всех методах амплитудной модуляции для улучшения
использования полосы частот могут применяться многопозиционные
сигналы. Кроме того, методы
передачи AM сигналов с одной боковой
■полосой и частично подавленной
боковой полосой, а также
квадратурная амплитудная модуляция дают
возможность и при использовании
двоичных сигналов хотя бы
приблизиться по удельной скорости
передачи к максимальному значению
2 бит-с_1/ГЦ-
Рис. 4.34. Модуль спектра амшштудномо-
дулированного сигнала при удельной
скорости передачи b около 2 бит-с-'/Гц:
а) квадратурная амплитудная модуляция
"(при использовании импульсов со
сглаженным спектром), Ъ несколько ниже
2 бит-с-1/Гц; б) амплитудная модуляция с
частично подавленной боковой полосой
при использовании импульсов со сглажен-
1 Несущая частота ным спектром, Ь — несколько ниже
2 бит-с-'/Гц; в) амплитудная модуляция
с одной боковой полосой при
использовании парциально кодированных импульсов
Частота—*— класса 4, 6=2 бит-с~УГц
Й44
Для сравнения методов передачи с амплитудной модуляцией на
рис. 4.34 приведены спектральные диаграммы для методов,
которые допускают передачу двоичными сигналами с удельной
скоростью около 2 бит-с_1/Гц. Из диаграмм видно, что из этих
методов только однополосная передача импульсами по методу
парциальных отсчетов позволяет достичь максимального значения
удельной скорости передачи 2 бит-с-'/Гц.
4.3.2. ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Частотная модуляция применяется, прежде всего, для
передачи данных с низкими и средними скоростями, так как системы с
частотной модуляцией реализуются с меньшими затратами, чем с
амплитудной или фазовой модуляцией. Однако в системах с
частотной модуляцией повышение удельной скорости передачи
составляет более сложную проблему.
Чтобы показать отличие частотной модуляции от амплитудной,
рассмотрим вначале некоторые общие положения.
Модулированный сигнал f (t) с амплитудой А и несущей частотой юо
описывается выражением
f(t) = Acas[(u0t + <p0 + <p(f)].
Отсюда мгновенная частота этого модулированного колебания
сом = d К t + ф0 + ф (*)] Idt = со0 + d ф (t)/dt.
При модуляции первичным сигналом /в(t) с учетом
коэффициента пропорциональности k получаем
U>M=to0 + kfB(t).
Из записанных соотношений следует, что частотномодулирован-
ный сигнал описывается выражением
/(О = Л cos К^ + фо+^Ыт^т
Из (4.23) ясно, что частотномодулированный сигнал не
получается из первичного сигнала путем простого линейного
преобразования, как при амплитудной модуляции, а связан с ним
нелинейной зависимостью. Поэтому при расчете спектра следует
непосредственно рассматривать высокочастотный сигнал.
Можно привести расчет спектра для произвольного первичного
-сигнала fB(t). Однако он сложен и не требуется для систем,
применяемых при передаче данных. В системах, о которых здесь идет
речь, для скачкообразного переключения частоты несущего
колебания в модуляторе используется непосредственно сигнал данных
14&
(4.23)
прямоугольной формы. Формирование импульсов осуществляется
при этом фильтром передатчика и элементами приемного тракта с
ограниченной полосой пропускания (рис. 4.35).
Так как в реализуемых частотных модуляторах (см. том 2,
разд. 7.2.1) частота может мгновенно изменяться без нежелатель-
Передатчик
Данные
Вход
ПГ
Фпрд
КС
Фирм
Приемник
Г
Jyo
Х- СИ
ФНЧ
Реальный демодулятор
Идеальный
. демодулятор
h
dt
fyp
ь Выход
данных
|ур
Данные
—о
ВЫХОД
Рис. 4.35. Система связи с частотной модуляцией:
ПГ — переключаемый генератор; Фврд — фильтр передатчика; КС
фильтр приемника; УО — усилитель-ограничитель; ЧД — частотный дискриминатор; ФНЧ -
фильтр нижних частот; УР — усилитель с релейной характеристикой
канал связи; Фпрм —•
ных скачков фазы, то вначале достаточно рассмотреть спектр
сигнала, у которого мгновенно изменяется частота (см. рис. 4.25,
третий ряд) и который затем проходит через элементы тракта
передачи с ограниченной полосой пропускания (см. рис. 4.35). Как видно
из рис. 4.25, при двоичной передаче двум логическим состояниям
соответствуют две круговые частоты, ©i ,и юг, или две частоты, f\ и
/г. Эти частоты являются информационными параметрами; в
соответствии с обозначениями двоичных состояний А и Z они часто
обозначаются как FA и F7, '(см. разд. 2, табл. 2.3).
Сигнал несущей частоты в результате модуляции не
появляется; полусумму частот 0)^= (©1+0)2) /2 называют средней частотой,
а полуразность частот (oil—(0г)/2 — девиацией частоты. Разность
частот, отнесенную к скорости передачи v, т. е. отношение Aw/(nv),
называют индексом модуляции. Если ограничиться случаем
модуляции несущего колебания сигналом чисто прямоугольной формы,
то спектры можно рассчитать относительно просто. Так как при
исследовании систем передачи данных с нелинейной модуляцией
большую роль играют модели сигналов в виде коротких
периодических последовательностей, то рассмотрим в.первую очередь
разложение в ряд Фурье сигнала, модулированного по частоте
некоторой периодической последовательностью данных [4.8]. Этот ме-
146
тод применим и для сигналов, модулированных по фазе [4.29].
Частотномодулированпый сигнал можно представить в виде
?(0 = Л0СО8[Ф(0+Ф0]
или как вещественную часть функции
На рис. 4.36 в ряду «а» показана некоторая периодическая
последовательность даБ.ных, а в ряду «б» — фазовая характеристика
модулированного сигнала при условии ф0=0, поскольку
постоянный фазовый сдвиг можно не принимать во внимание.
Рис. 4.36. Фазовая
характеристика периодического
частотно-модулированного
сигнала данных:
а) сигнал данных с
«жесткой» манипуляцией; б)
фазовая характеристика
этого сигнала; в)
периодическая компонента фазовой
характеристики
По отношению к фазе ast несущего колебания с так
называемой средневзвешенной частотой cos фаза Ф(0 имеет периодическую
составляющую Q (1). Поэтому можно записать
fe(9 = Vte(,WHW.
Определяя теперь коэффициенты разложения сигнала с фазой
6 ('0 в ряд Фурье |(см. разд. 4.1.2), получаем
CN = J- Г eie(t)e Tp dt. (4.24)
Интеграл в (4.24) вычисляется просто, поскольку -8 (t), как
видно из рис. 4.36, представляет собой кусочно-линейную функцию
времени. Для периодической последовательности данных с
периодом Тр (на рис. 4.36 она принята симметричной относительно
точки ^=0) при и-позиционном скачкообразном переключении частот
fi)v с тактовым интервалом Т получаем средневзвешенную частоту
m I m
v=l / v=l
147
и коэффициенты Фурье
2 sin |/ш± - cos - N -J^) Тх ]
G,
in
2 [sin Si — sinS2]
/ 2n \ Li f 2я \
где
V
%-j^T,_j]n^+ffi.)
fe=i fc=i
и
v—1 v—1
Отсюда получаем ряд Фурье для частотномодулированного
сигнала:
СО
f(0 = Aj] C^cos^^ + ^^-4-Фо]. (4-25)
W=—со Р
Учитывая разложение (4.25), а также амплитудно-частотную
BF и фазо-частотную характеристики О*, фильтров приемника и
передатчика (см. рис. 4.35), получаем спектральное представление
ограниченного по полосе частотномодулированного сигнала на
выходе фильтра приемника:
№ = Д> J] CN BFn cos k f + N ■—- + Ф0,+ a>PJ. (4.26)
Для демодуляции принятый сигнал ограничивается по
амплитуде усилителем-ограничителем (см. рис. 4.35). Тогда информация
содержится только во временных интервалах между переходами
через нуль и может быть затем преобразована в легко измеряемые
электрические величины (например, напряжения) с помощью
демодуляторов, описанных в разд. 7.2, том 2.
Все эти демодуляторы работают некогерентно и приближенно
измеряют мгновенную частоту. Можно было бы построить системы
с когерентной демодуляцией, однако из-за высоких затрат они не
применяются. Для точного измерения мгновенной частоты
необходим идеальный демодулятор (см. нижнюю часть рис. 4.35). Для
пояснения этого представим сигнал (4.26) в общем виде:
f (0 = Л (0 cos К * + Ф $ + Ф0].
148
Отсюда получим [4.8]
f(t) = P(f)cos^st + O0)—Q(i)sm((0st + O0),
где с учетом (4.26) квадратурные компоненты
РЩ=Л ^] CnBFn cos fN ^ + <DFn ) ;
Q(t) = А0^СМBFn sin(N^+ <DFw }.
Фаза сигнала (4.27) с учетом (4.28)
ф (0 = arctg [Q (t)/P (t)] + u>st + Ф0.
С помощью (4.28) и (4.29) можно также определить фазомо-
дулированный сигнал по его спектру.
Для мгновенной частоты частотномодулированного сигнала из;
(4.29) получаем*
<»M(t)=[P(t)Q(t)-p(t)Q(m/iP2(t)+Q4m+<»s.
Демодулированный первичный сигнал может быть найден как
разность между мгновенной и средневзвешенной частотами:
»мд(0 = сол1(0—<°8-
Используя полученное таким образом выражение для демоду-
лированного сигнала, можно при моделировании системы
совместно определить оптимальные характеристики фильтров передатчика-
и приемника [4.30].
Вопрос об оптимизации системы с точки зрения ее
чувствительности к помехам решается, однако, не так просто, как в случае
линейной системы модуляции, где наиболее благоприятно
равное участие полосовых фильтров передатчика и приемника в
формировании импульсов (см. разд. 4.5). В данном случае
благоприятнее неодинаковое ограничение полосы частот в передатчике и
приемнике [4.32]. Поэтому при восстановлении первичного сигнала
следует принимать во внимание индекс модуляции и ограничение
полосы частот в демодуляторе, в том числе и влияние
низкочастотных фильтров, предназначенных для подавления компонент
несущей частоты. Общая оптимизация системы возможна лишь на.
основе моделирования во временной области. Его, однако,
целесообразно проводить только для расчета переходных процессов [4.31].
Оптимизация в отношении чувствительности к помехам
потребовала бы при моделировании больших затрат времени на вычисления..
(4.27);
(4.28>
(4.29>
Точкой обозначены производные по времени. (Прим. ред.)
14&
До сих пор системы с частотной модуляцией рассматривались
в весьма общем виде. На чувствительность системы к помехам
решающее влияние оказывает правильный выбор индекса
модуляции. Только если существенная часть мощности частотномодулиро-
ванного сигнала лежит в полосе частот /м±/яг (^m—-средняя
частота и fjv — найквистовская частота, см. разд. 4.1.4), следует
ожидать малой чувствительности к помехам. Как видно из рис. 4.37,
о,ь
0,4
0.3
0,2
0.1
0
I
f
i
U2-
i
i
i
г
4.
1
3I
1
I1
-
1
1
4>
1
\
1
\
, \
1
J
v..
i
\
T^*
fM fM+fN fM+ZfN fM+3fN
Рис. 4.37. Спектральная
плотность мощности
случайной последовательности
двоичных частотномодули-
рованных сигналов при
различных значениях
индекса модуляции Л=
=A<i>lnv=2Aflv [4.33]:
fM — средняя частота; fN =
=и/(27') — частота Найквиста.
Частота -
Кривая
,
1
2
3
4
5
Индекс
модуляции
0,1
2/л
0,75
1
1,25
.•спектральная плотность мощности сильно зависит от индекса
модуляции [4.33]; индекс модуляции около 2/зх оказывается наиболее
благоприятным.
4.3.2.1. УДЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ПРИ ЧАСТОТНОЙ
МОДУЛЯЦИИ
Частотная модуляция получила распространение при передаче
данных, как правило, лишь в тех случаях, когда не имеет значения
-особенно хорошее-использование полосы частот. Кроме того,
практически она применяется только в таких системах, которые
допускают произвольную скорость передачи, т. е. позволяют хотя бы
• приближенно восстановить временное положение значащих
моментов (второе условие Найквиста). При выполнении первого условия
. Найквиста достигается удельная скорость 1 бит • с_11/Гц полосы час-
! 150
тот первичного сигнала, а при рассматриваемой двухполосной
модуляции—вдвое меньшая, т. е. 0,5 бит-с-'/Гц. На практике, если
допускается приближенное выполнение условия Найквиста,
скорость передачи может быть несколько выше, в зависимости от
индекса модуляции.
Лендером [4.9] была предложена и реализована система,
которая при использовании метода парциальных отсчетов обеспечивает
скорость передачи, по крайней мере, вдвое выше указанного
значения (см. разд. 4.1.5):
Кроме того, рассматривались свойства многопозиционной
частотной модуляции в отношении вероятности ошибок и удельной
скорости передачи. Здесь существенны две точки зрения. Если
выбрать индекс модуляции так, чтобы и в многопозиционной системе
была малая вероятность ошибки, то необходима полоса частот
шире найквистовской [4.24]. Если же ограничиться приблизительно'
полосой Найквиста, то индекс модуляции получается очень
неблагоприятным и в силу этого вероятность ошибки будет более
высокой, чем в других системах передачи модулированными
многопозиционными сигналами. Об этом еще пойдет речь в разд. 4.5.
Поэтому многопозиционная частотная модуляция применяется только
там, где имеет значение, не удельная скорость передачи, а малая
вероятность ошибки. Специальные системы этого типа будут
описаны в разд. 7.2, том 2.
О возможности хотя бы частичного подавления одной боковой
полосы и достижения за счет этого более высокой удельной
скорости передачи по сравнению с двухполосной модуляцией до сих пор
не упоминалось. Передача с одной боковой полосой в данном
случае невозможна, так как в боковых полосах не всегда содержится
одинаковая информация; при длительной передаче одного символа,
т. е. последовательности 111 ... или 000..., она содержится даже-
лишь в одной из двух боковых полос. Передача с частично
подавленной боковой полосой могла бы быть возможной. Однако
чтобы обе частоты еще при передаче лежали вблизи средней
частоты, индекс модуляции, зависящий от остатка боковог"? полосы,
пришлось бы выбрать очень малым, т. е. неблагоприятным (см.
рис. 4.37).
4.3.3. ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ
В системах передачи данных фазомодулированными сигналами
реализуема как двоичная, так и многопозиционная модуляция. Для
средних скоростей передачи получили применение четырех- и вось-
мипоэицион'ные -системы фазюразностной модуляции * (ом. том 2,..
разд. 7.2.1 и 7.2.2), что обусловлено простотой и дешевизной их
* В советской литературе ее часто называют также относительной
фазовой манипуляцией, сокращенно ОФМ. (Прим. ред.) [14*, 31*].
151:
гцифровой реализации. На рис. 4.25 показан только один из
возможных двоичных фазомодулированных сигналов (строка 4).
Более точные определения и соотношения будут рассмотрены
>ниже. При этом не будем более описывать расчет спектров и
мгновенной фазы в функции времени — характеристик, важных и для
этих систем [4.29], поскольку необходимые соотношения уже были
получены при анализе частотномодулированных сигналов (см.
•разд. 4.3.2).
При передаче данных фазомодулированными сигналами
носителями информации является либо разность фаз сигнала в точках
отсчета, либо фаза сигнала по отношению к фазе немодулирован-
ного несущего колебания. Для наглядности на рис. 4.38 показаны
различные виды фазомодулированных сигналов.
Рис. 4.38. Фазомодулиро-
ванные сигналы:
а) фазовая модуляция
(ФМ) Фрп = ф8п_фСп.
б) фазоразностная
модуляция (ФРМ) ф£п = ф8п_
~ фВп-1, ФГп = <pS„ —
—Фвл-1—а>еТв\ в) частот-
норазностная фазовая
модуляция (ЧРФМ), Ф*п =
= фВ1П—ф82„
При фазоразностной модуляции (ФРМ) (рис. 4.386)
характеристическим значением, несущим информацию, является либо
'Ф«=Фп-Ф„-,,
(4.30)
т, е. разность между фазами сигнала {ps„ и <ps„_i в моменты
отсчета tn и tn-U либо скачок фазы
"Ф„ =q£— щ-i — 2л/А>.
152
(4.31)
Это равенство следует согласно рис. 4.39 из Соотношения
Фи =Ф« — Фп-1—ЩТ8, (4.32а)'
где соо — круговая несущая частота; Ts — длительность посылки.
При этом предполагается, что тактовый интервал Ts кроме целого
числа m периодов несущей содержит еще k-ю часть этого периода:
Ts = mT0 + -!-T0, (4.32б>
к
где Го=2я/соо. В отличие от этого, фазовая модуляция (ФМ) (см.
рис. 4.38) характеризуется
Ф« =Ф«— 4>п.
Здесь фаза сигнала <psn рассматривается по отношению к фазе
ippn немодулированного несущего колебания в тот же момент
времени.
Условием восстановления информации после передачи при
таком виде ее представления является знание абсолютной фазы <pcm.
на приеме. Для восстановления абсолютной фазы в приемнике
должен использоваться (см. разд. 4.4.2) либо пилот-сигнал, либо
заданная синхронизирующая двоичная последовательность. Эту
трудность, как видно из (4.30) и (4.31), мож'но обойти путем
применения ФРМ, так как в эти соотношения фаза несущей не входит.
Однако поскольку при восстановлении информации без участия
несущей неизбежна известная потеря помехоустойчивости (см. разд~
4.5), то и для ФРМ разработаны синхронные методы демодуляции.
При этих методах само по себе значение фазы несущего
колебания, в отличие от ФМ, несущественно, важно лишь его
постоянство.
Другой вариант фазовой модуляции — частотноразностная
фазовая модуляция (ЧРФМ) (рис. 4.38е) — специально приспо:облея
к условиям коротковолновой связи (см. том 2, разд. 10.3.2).
Внезапное изменение отражающих свойств слоев ионосферы за время-
между двумя тактами может привести к значительному изменению-
длины пути распространения волн. В результате при ФРМ (с
дифференцированием по времени) возможно недопустимо сильное
искажение фазы ц>8п по отношению к <psn-i- Это искажение
устраняется при ЧРФМ благодаря одновременной передаче двух фазомо-
дулированных сигналов с соседними несущими частотами /i и fe~
Информация представляется величиной
ф£ =ф£'—Фп%
где <ps'n и 1ф&п — показанные на рис. 4.38в фазы модулированных
сигналов с несущими частотами fi и /г- Опыт показывает, что при
коротковолновой связи искажения фазы, вызванные помехами,
достаточно точно совпадают для обоих сигналов, если их несущие
153
■частоты отличаются менее чем на 100 Гц. Фазовая модуляция не-
•сущего колебания осуществляется либо в форме «жесткой»
манипуляции путем скачкообразного переключения фазы и
последующего ограничения полосы частот, либо в форме «мягкой»
манипуляции, при которой ограничение полосы частот происходит перед
модуляцией.
На рис. 4.39 показано изменение фазы (с) и самого сигнала
(б) при фазовой модуляции. Для сравнения в каждом случае
показаны графики для неограниченного по полосе, жесткого
манипулирующего сигнала (сплошная линия) и сигнала с ограниченной
полосой частот (пунктирная линия).
6' *п=9°° _J*H=135e
■Рис. 4.39. Фазомодулированный сигнал:
а) фазовая характеристика; б) временная диаграмма
Стремятся к тому, чтобы, как и на рис. 4.39, фазы
ограниченного по полосе сигнала в моменты отсчетов точно достигали
характеристических значений. Форма ограничения полосы соответствует
ограничению в системах амплитудной модуляции с двумя
боковыми полосами или квадратурной амплитудной модуляции,
поскольку фазомодулированный сигнал можно интерпретировать как
•сигнал квадратурной амплитудной модуляции (см. разд. 4.3.1.3).
На приеме информация может быть восстановлена либо путем
демодуляции с помощью умножителей, т. е. путем восстановления
-и обработки первичного сигнала, либо путем непосредственного
;154
сравнения фаз сигналов несущих частот. Первый метод,
использующий перемножение принимаемого сигнала с опорным
колебанием, является классическим [4.34, 31*]. Если в качестве опорного'
колебания применяется синхронное несущее колебание
z(t) = cosq>c(t),
то говорят о когерентной демодуляции (рис. 4.40). Если записать-
принимаемый сигнал в форме
gM V) = А V) cos у\У),
где A(t) —его огибающая, то в результате демодуляции с
применением умножителей после подавления фильтром нижних частот
Рис. 4.40. Демодулятор фазомодулиро-
ванных сигналов gM(t) на основе
умножителей (когерентная демодуляция;
. при когерентно-разностной
демодуляции синхронизированный генератор
опорного сигнала заменяется звеном
задержки на время Tfi):
ГОС — синхронизированный генератор
опорного сигнала; Д — демодулятор; ФНЧ —
фильтр нижних частот; ОС — отсчетиая
схема
%(t>
А
,
ГОС
2
У
ФНЧ
ос
♦
Такт
_L
фнч
ОС
продуктов модуляции вне полосы частот первичного сигнала в
моменты отсчетов получаем
g (tn) = ±A (tn) cos [Ф5 (tn) - Фс (tn)]
или в сокращенной записи
ёп= — AnCOs((p% — Фп) = —
Лпссвф£
(4.33)
При демодуляции сигналов двоичного кода характеристические
значения фазы фр^=0 или я однозначно соответствуют знаку
косинуса в (4.33). Сигналы многопозиционного кода требуют
демодуляции с применением определенным образом сдвинутых по фазе
несущих колебаний. Например, при декодировании четырехпозици-
онного сигнала со значениями фазы Фрг=±л/4; ±Зя'/4 этот
фазовый сдвиг имеет значение я/2 и вместо (4.33) в момент отсчета tn
получаем •
(4.34)
^-^cosK-jt/2).
155
Каждой комбинации знаков косинуса в (4.33) и (4.34)
соответствует характеристическое значение фазы по схеме
<
соэф£
cos (Ф£ —я/2)
я/4
+
+
Зя/4
+
— Зп/4
—
—л/4
+
Для демодуляции сигналов ФРМ в качестве опорного
колебания вместо синхронной несущей достаточно использовать сам
сигнал, задержанный на тактовый интервал Ts [4.35, 31*]. В этом
случае говорят о разностной когерентной демодуляции. В отличие
-от когерентной демодуляции, появляющийся при этом сигнал
пропорционален cos(cpsn—<psn-i), или собФеп.
Альтернативой демодуляции с применением умножителей
является непосредственное сравнение фаз сигналов несущих частот в
соответствии с (4.30) или (4.31) [4.36, 31*].
Смодулированное опорное колебание (с круговой частотой со),
которое, как на рис. 4.41, в значащий момент времени tn-i имеет
•фазу cpsn_i модулированного сигнала, в следующий значащий
момент !*,.= tn-\-f-Т& имеет фазу ф^^+сооТв. Если в момент tn ог>ра-
зуется разность фаз между опорным колебанием и
модулированным колебанием (с фазой tpsn),
Опорная фаза ТО СОГЛЗСН0 (4.31) И (4.32) ПО-
лучается значение Фт„
изменения фазы, несущее
информацию.
При разностной когерент-
Фаза сигнала НОЙ ДеМОДулЯЦИИ ДЛЯ ДОСТИЖе-
ния частости ошибок не выше
заданной требуется
большее отношение сигнал/шум,
чем при когерентной
демодуляции. Поэтому целесообразно
сигналы ФРМ также демодули-
ровать когерентно, что делает
Рис 4.41. Демодуляция сигнала ФРМ их менее чувствительными к
путем сравнения с опорным колебани- помехам в канале связи. При
ем по фазе
* этом, в отличие от когерентной
демодуляции сигналов ФМ, не нужно знать значения фаз несущих,
должна быть известна лишь разность фаз двух несущих.
Демодуляция производится, например, по правилу
<Й - (Ф« -qfi) -(<pnS-i-<J&-i), ' (4-35)
т. е. сигнал ФРМ и немодулированная несущая сдвигаются в
интервале между двумя моментами отсчета по фазе друг относитель-
■156
но друга на значение фазового скачка (перехода) Фтп. Так как
абсолютное значение фазы несущей вследствие образования
разности в (4.35) устраняется, то синхронизация обеспечивается
самим сигналом данных без помощи пилот-сигналов или
синхронизирующих последовательностей.
Сигналы частотноразностной фазовой модуляции также демо-
дулируются когерентно. Демодуляция с применением умножителей
при этом проводится для каждой из двух частот сигнала в
отдельности.
4.3.3.1. УДЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ПРИ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ
В разд. 4.3.3 упоминалось, что для фазомодулированных
сигналов полоса частот ограничивается так же, как и для амплитудно-
модулированных сигналов. В зависимости от коэффициента
сглаживания (см. разд. 4.1.4) при двухпозиционной передаче с двумя
боковыми полосами, рассматривавшейся выше, удельная скорость
передачи находится в пределах от 0,5 до 1 бит-с_1/Гц. Она может
быть повышена за счет применения многопозиционных сигналов, о
чем говорилось уже в разд. 4.1.6.
. 4.4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТАКТОВ И НЕСУЩЕЙ*
Системы передачи, в которых применяется двоичное
кодирование и в силу этого скорость передачи и скорость модуляции
одинаковы, а правильное положение во времени тактовых интервалов
может быть хотя бы приближенно восстановлено по принятому
сигналу (второе условие Найквиста, см. разд. 4.1.4), чаще всего
работают без синхронизации. В любом случае, однако, чтобы можно
было различить многие следующие друг за другом символы
одинаковой полярности, в оконечном устройстве должна осуществляться
дискретная выборка отсчетов сигнала. В так называемых старт-
стопных системах с этой целью к каждому из передаваемых
знаков**, состоящих из заданного числа битов, добавляется
стартовый бит и один или несколько стоповых битов. Тогда, используя
смену полярностей при переходе от стартовой посылки к стоповой,
можно взять отсчеты отдельных битов знака с некоторой местно
генерируемой тактовой частотой. При этом допустимо такое раз-
* В теории передачи дискретных сообщений под тактами обычно понимают
■отсчеты времени на передаче и на приеме, которые подлежат определенной
■синхронизации [35*]. Описывая далее процессы синхронизации, авторы
рассматривают их как процессы восстановления на приеме частоты и фазового
положения тактов, а также частоты и фазы несущего колебания в
соответствии с тактами и несущим колебанием на передаче. Такой подход несколько
отличается от принятого в отечественной литературе [10*, 35*]. (Прим. ред.)
** Первичного алфавита. (Прим. ред.)
157
личие между тактовой частотой передатчика и тактовой частотой;
получаемой в приемном оконечном устройстве, при котором
последний бит знака в пределах допустимой ошибки считывается еще
правильно. Таким образом, по специальному передаваемому
стартовому биту должна быть восстановлена только фаза отсчетного
такта.
В системах, в которых для синхронизации принимаемого
сигнала по тактам не применяется дополнительных битов, а также в
системах с многопозиционным кодированием передаваемых сигналов-,
(см. разд. 4.1.6) тактовая частота, с которой берутся отсчеты
принимаемого сигнала, также должна быть согласована с тактами на
передаче. Различие частот привело бы к возрастающему со
временем отклонению от правильных моментов отсчета и в результате к
добавлению или потере битов, причем время, за которое это
произойдет, зависит*от указанной разности частот.
Методы восстановления тактовой частоты и фазы тактов будут
рассмотрены в разд. 4.4.1.
Если принимаемый сигнал должен демодулироваться
когерентно, то наряду с тактами отсчетов в приемнике необходимо иметь
несущее колебание с надлежащими частотой и фазой. Это
требуется также при однополосной передаче, квадратурной амплитудной
модуляции или фазовой модуляции (см. разд. 4.3). Способы
обеспечения указанного требования рассматриваются в разд. 4.4.2.
4.4.1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТАКТОВОЙ ЧАСТОТЫ И ФАЗЫ ТАКТОВ*
Для облегчения дальнейшего анализа рассмотрим вначале
систему, у которой принимаемый сигнал данных хотя бы приближенно
удовлетворяет второму условию Найквиста, а следовательно,
может быть восстановлен в приемнике и по длительности.
На рис. 4.42 показаны соответствующие сигналы. Слева
изображен отдельный неискаженный тактовый интервал. В
соответствии с рисунком по правилам, обсуждавшимся в разд. 4.1.3,
моменты отсчета выбраны на удалении ±Т/2 от момента перехода
цифрового передаваемого или принимаемого сигнала из одного
состояния в другое, т. е. в серединах тактовых интервалов.
У принимаемого сигнала (третья строка на рис. 4.42)
имеются отклонения taU ..., tai моментов пересечения нуля от требуемых
моментов, которые задаются переходами «отжатие» — «нажатие»
принимаемого тактового сигнала (синхросигнала). Эти отклонения
могут быть вызваны, например, помехами в канале связи. Они от-
* Строго говоря, понятие фазы применимо лишь к синусоидальным
колебаниям. Здесь же, как и в других аналогичных случаях (например, когда речь
идет о фазо-импульсной модуляции), имеется в виду некоторое фазовое
положение во времени.. (Прим. ред.)
158
Нажатие
Отжатие
Нажатие
Отжатие
1. Тактовый
сигнал
передатчика
2. Передаваемый
сигнал данных
3. Принимаемый,
искаженный
сигнал данных
4. Искаженный
двоичный
~ сигнал данных
5. Принимаемый
тактовый сигнал
6.
Скорректированный двоичный
сигнал данных
Рис. 4.42. Двоичный сигнал данных при синхронной передаче (задержка в . канале связи, -а
также задержка, обусловленная коррекцией, для Сигнала в строке 6 не показаны)
ражают также временные отклонения принимаемого тактового
сигнала, если последний синхронизирован не так идеально, как это
изображено для первого интервала.
На рис. 4.42 предполагается, что любые отклонения моментов
^изменения принимаемого тактового сигнала от требуемых
корректируются некоторым постоянным значением id- Это тот
встречающийся в практически применяемых системах случай, когда
тактовый сигнал на приеме формируется путем деления высокой
частоты. Корректирующие сдвиги получаются при этом за счет
добавления или устранения одного импульса высокой частоты. Если
сделать количество импульсов зависимым от отклонения указанных
моментов времени, то можно добиться быстрой синхронизации при
больших временных искажениях принимаемого тактового сигнала.
Как видно из сравнения строк 4 и 6 на рис. 4.42, принимаемый
сигнал корректируется. Временные отклонения двоичного сигнала
данных (строка 6), передаваемого далее, на стык с помощью
принятого тактового сигнала (строка 5), меньше, чем отклонения
двоичного сигнала данных (строка 4), восстановленного
непосредственно по принятому аналоговому сигналу (строка 3).
Коррекцию тактовых интервалов можно провести и тогда,
когда заданное число отклонений от требуемых моментов превышено
[4.37]. Благодаря этому при отклонениях, вызванных случайными
помехами, временные сдвиги принимаемого тактового сигнала
получаются малыми, а тем самым и сигнал данных выдается на стык
с незначительными искажениями.
Хотя описанная коррекция позволяет легко определить моменты
отсчета принимаемого сигнала, она лишь приближенно отвечает
стремлению выбрать их таким образом, чтобы вероятность ошибки
была минимальной (регулировка по критерию максимального
правдоподобия). Рассмотренный выше способ регулировки при
двоичной передаче является одним из наиболее простых. Для всех
методов передачи существует общее правило установки на минимум
пересечения уровней вблизи максимального раскрытия «глазка»
[4.38]. Применяется также регулировка по минимальному
временному изменению сигнала данных в точках отсчета [4.39].
Реализация таких регулировок, однако, существенно зависит от метода
передачи.
С помощью надлежащей регулировки можно правильно
установить не только фазу тактов, но и тактовую частоту. Если,
например, длительные односторонние отклонения от требуемых
моментов времени происходят в системах, удовлетворяющих второму
условию Найквиста, то это соответствует некоторому отклонению
частоты. Тогда нужна лишь подрегулировка в соответствии с
отклонением частоты. Так как отклонение частоты тактового сигнала,
согласно Рекомендациям МККТТ V22, V226 и V35 [4.40—4.42], в
каждом случае меньше чем Ю-4, то это в общем удается. Другие
160
системы, в которых из-за больших отклонений частоты сигнала
тактовая частота должна восстанавливаться по пилот-сигналу,
практически не применяются.
Особенно важно точное регулирование моментов отсчета в
системах, в которых используются адаптивные корректоры [29*].
Дело в том, что в таких системах адаптивный корректор обычно
обрабатывает только значения отсчетов, т. е. управляется тактовым
сигналом (см. разд. 5.3.2). Указанное регулирование имеет важное
значение именно при тактовом управлении корректором еще и
потому, что синхронизация обычно должна быть восстановлена по
сильно искаженному сигналу. Ведь преимущество адаптивного
корректора как раз в том и состоит, что для безошибочной передачи
при отсутствии помех не требуется наличия хоть сколько-нибудь
открытого «глазка» на глазковой диаграмме, как у систем без
адаптивной коррекции. В системах с адаптивной коррекцией в
большинстве случаев предусматривается стартовый режим, например,
с применением отдельных импульсов, при котором и по сильно
искаженному принятому сигналу может быть, по крайней мере
грубо, восстановлен такт и грубо отрегулирован корректор.
При последующей «точной» регулировке 'можно комбинировать
критерии, по которым устанавливаются тактовые интервалы и
коэффициенты адаптивного корректора. Возможные различные
критерии регулировки ведут при этом к разным реализациям; так, в
[4.43] обсуждается регулирование до получения некоторой
оптимальной оценки, а в [4.44] — по критерию минимума среднеквад-
ратической ошибки. Выбор и практическая реализация системы
регулировки зависят в данном случае не только от метода передачи,
но еще сильнее от структуры выбранного корректора.
Кроме того, если применяется адаптивный корректор, то
имеется возможность совсем отказаться от специального регулирования
фазы тактов, возложив на него эти функции [4.45]. Точный
анализ данного метода, применение которого, в принципе, желательно,
должен, однако, производиться с учетом практически
ограниченного диапазона регулировки у реальных звеньев корректора и,
поскольку это связано с учетом нелинейности, может оказаться
осуществимым только на основе моделирования. Практический опыт
работы с такими системами до сих пор мало освещен.
При рассмотренных выше методах в любом случае должна быть
гарантия, что в сигнале данных содержится достаточная для
восстановления тактов информация. При передаче в первичной полосе
частот это можно всегда обеспечить путем специального
кодирования сигнала данных (см. разд. 4.2). Такая возможность, однако,
всегда приобретается определенной ценой: например, при
двухфазном методе за счет более широкой полосы частот, при методе
СВБК-n за счет размножения ошибок.
6—41 161 -
Часто прибегают к перемешиванию (скремблированию)
передаваемых данных с помощью скремблера*, который из произвольной
последовательности данных формирует псевдослучайную
последовательность [4.46, 9*]. На приеме должно быть выполнено
обратное перекодирование с помощью дескремблера.
Основной частью скремблера является регистр сдвига с
обратной связью, показанный на рис. 4.43. Сигнал данных, т. е. двоич-
Дескремблер
Скрембпер
Рис. 4.43. Скремблер и дескремблер
ная последовательность ап, с помощью регистра сдвига в
соответствии с соотношением
bn = bn®(bn_6(Bbn_7) - (4.36)
(здесь, в качестве примера взят семиразрядный регистр)
преобразуется в посылаемую двоичную последовательность Ьп- В прием-
нике из этой последовательности таким же регистром сдвига,
входящим в дескремблер, формируется последовательность сп:
cn = bn@(qn_t@bn_i). (4.37)
Последовательность сп на выходе дескремблера идентична
первоначальной последовательности ап. Это легко проверить,
преобразовав (4.36) к виду
■On = 6n®'(<7n-e®bn^7) (4.38)
и сравнив его с (4.37).
Специальные меры по синхронизации скремблера и
дескремблера не требуются, так как после прохождения семи символов оба
регистра сдвига имеют одинаковое содержимое. Однако при осо-
* В оригинале использован немецкий термин «Verwiirfler», а
соответствующий английский термин «scrambler» указан лишь для сведения. В советской
литературе последних лет утвердился английский вариант этого термина.
(Прим. ред.) [25*]
162
бенно неблагоприятных двоичных последовательностях даже после
перекодировки данных с помощью регистра сдвига могут
обнаруживаться нежелательные двоичные последовательности. Чтобы
предотвратить это, в скремблере и дескремблере предусмотрены схемы
контроля, которые при определенных условиях вызывают
дополнительные переключения в двоичных последовательностях (например,
согласно Рекомендациям МККТТ V.27 [4.47] и V.35 [4.42, 4.48]).
Как следует из (4.38) и рис. 4.43, при одной единственной
ошибке в последовательности Ъп в данном примере ошибочными
получаются также последующие шестой и седьмой символы. При
дескремблировании имеет место размножение ошибок, в данном
случае с коэффициентом 3. При групповых ошибках, если неверен
именно шестой или седьмой символ (для данного примера), этот
коэффициент может быть меньше трех.
4.4.2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ И ФАЗЫ НЕСУЩЕЙ
Кроме восстановления тактов многие методы демодуляции
сигналов AM и ФМ требуют выработки в приемнике несущего
колебания с надлежащей частотой и фазой.
Для восстановления частоты может использоваться один или
несколько пилот-сигналов, дополнительно передаваемых вместе с
сигналом данных, что дает преимущества, прежде всего, при очень
чувствительных методах передачи, например при амплитудной
модуляции с одной боковой полосой (см. разд. 4.3.1.2). Наиболее
благоприятные значения фаз несущей и тактов, напротив, должны
всегда восстанавливаться по сигналу данных, так как фаза
приближенно передаваемого пилот-сигнала лишь в особых случаях
достаточно точно совпадает с оптимальной фазой несущей или
тактов. Если из сигнала данных может быть получена достаточная
информация об оптимальном значении фазы, то регулировка фазы
может одновременно обеспечивать и регулировку частоты. Процесс
регулировки тактов имегоно так часто и происходит, поскольку в
ходе его обычно должны отрабатываться весьма малые разности
частот. Однако при восстановлении несущей можно отказаться от
идеальной регулировки частоты лишь в том крайнем случае, когда
метод передачи к ней нечувствителен. Это обусловлено тем, что в
тракте передачи могут гоявиться дополнительные сдвиги частоты
и нередко требуется дополнительная компенсация фазового
дрожания (фазового джиггера) (см. разд. 3.2.2.6).
Влияния фазы тактов и несущего колебания на восстановление
сигнала данных, как правило, нельзя считать независимыми друг
от друга, причем их связь в значительной мере определяется
методом передачи. Рассмотрим подробнее влияние погрешностей фаз
тактов и несущей на качество передачи на примере передачи амп-
литудномодулированного сигнала с одной боковой полосой при ис-
6* ' 163
пользовании импульсов класса 4 по методу парциальных отсчетов.
Если парциально кодированный импульс имеет вид
g(t) = 2n sin("^)
(nt/T)2 — Я2'
а его преобразование Гильберта
g(t)=-2n1 + cos{nt/T)
(я//Г)2 —Я2 '
то сигнал на выходе, демодулятора (см. разд. 4.3.1.2) согласно
(4.21) имеет вид [4.49]
gs (t) ~ _— [Sin ф cos 6 — sin 6 (1 + cos Ф)],
ф2 — я2
где Ф=я//Г — фаза тактов; 6 — фаза несущей. Искажения в
канале связи не учитываются.
Данное соотношение выражает связь между процессами уста-
Фазау^
} несущей „
: 1,оог 30у?
,/
0.80
I 0,60
скп
0.40
0,20
Фаза
несущей _по
1,00- •5и"
0,80
0,60
СКП
0,40
020
-20 0 20 40
Фаза тактов,град
100
6)
-20 0 20 40
фаза тактов, град _
80 100
Рис. 4.44. Влияние погрешностей в фазах тактов и несущего колебания на
средпеквадратическую погрешность (СКП)1 при амплитудной модуляции с одной
боковой полосой (с применением парциально кодированных . импульсов
класса 4):
а) для трехпозициоиного принимаемого сигнала; б) для семипозиционного
принимаемого сигнала
1 Среднеквадратическая погрешность (см. разд. 5.1.2) определяется при
этом суммой квадратов отклонений отсчетов принятого сигнала от их
идеальных значений. Если появляется погрешность, превышающая полоЕину разности
двух отсчетных значений, отсчет определяется неверно. Поэтому при
отклонении от точки минимума среднеквадратическая погрешность не возрастает
постоянно. Вернее, ее изменение уже несущественно, если межсимвольная
интерференция, обусловленная погрешностями фаз тактов и несущей, так велика, что
появляются ошибки в решении.
164
новки фаз несущей и тактов. Для заданной погрешности в фазе
несущей 6 существует некоторая оптимальная фаза тактов, при
которой возникающая погрешность минимальна. Чтобы пояснить эту
взаимосвязь, на рис. 4.44 представлены графики
среднеквадрэтической погрешности (СКП) трехуровневого и ■семиуровневого па>р-
циально кодированных сигналов в зависимости от фаз тактов и
несущей. На обоих графиках СКП отчетливо различима «впадина»,
проходящая примерно вдоль плоскости, которая для наглядности
выбрана правой границей изображенной области. Эти графики
необходимо принимать во внимание при регулировке фаз тактов и
несущей, чтобы достичь возможно более точной их установки.
Практическая реализация регулирования фаз тактов и
несущей сильно зависит от чувствительности выбранного метода
передачи. В то время как при нечувствительных методах в
соответствующих условиях можно использовать для демодуляции в качестве
опорной фазы фазу передаваемого пилот-сигнала (пилот-сигнал
при этом целесообразно расположить в середине полосы частот,
что, например, легко осуществить при КАМ), для более
чувствительных методов должен быть предусмотрен сдвиг между фазой
пилот-сигнала и фазой демодулированной несущей, жестко
зависящей от канала связи. В порядке дальнейшей коррекции этот
фазовый сдвиг оптимизируется в процессе передачи или часть
регулировки фазы выполняется адаптивным корректором (см. разд.
5.3.2). При методах передачи импульсами многопозиционного кода
фаза несущей должна быть
отрегулирована очень точно [4.49],
что видно и из сравнения рис.
4.44а и" б.
Чувствительность систем с AM,
ОБП, ЧПБП и КАМ к
погрешностям фазы несущей
характеризуют графики, показанные на рис.
4.30, 4.45 и 4.46. Они построены в
предположении, что вероятность
ошибки в бите при отсутствии
погрешности фазы несущей для
определенного отношения
сигнал/шум .во всех случаях один а-
Рис. 4.45. Вероятность ошибки в бите
при амплитудной модуляции с одной
боковой полосой (с применением пар-
циально кодированных импульсов
класса 4) в зависимости от погрешности в
фазе несущего колебания. Помехи —
белый шум в полосе Найквиста.
Отношение сигнал/шум 18,1 дБ
gicr5
5 Ю 15
Погрешность в фазе несущей, град-
165
к-ова. Самой 'благоприятной при этом оказывается квадратурная
модуляция.
По фазомодулированному сигналу данных фаза несущей может
быть восстановлена лишь с точностью до величины, кратной
минимальному характеристическому значению фазы сигнала, так как
регулировка фазы несущей не
должна зависеть от переходов
фазы сигнала между точками
отсчета, обусловленных модуляцией.
Эта фазовая погрешность,
которая, если не принимать во
внимание помехи, остается постоянной
в течение передачи,
несущественна в системах с фазоразностной
модуляцией, поскольку на приеме
Рис. 4.46. Вероятность ошибки в бите
при квадратурной амплитудной
модуляции в зависимости от фазы
несущего колебания. Помехи — белый шум в
полосе Найквиста:
кривая 1 — для парциально кодированных
импульсов класса 4 при отношении
сигнал/шум 18,1 дБ; кривая 2 — для импульсов
с коэффициентом сглаживания спектра
0<;г^1 ппи отношении сигнял/шум 16 дБ
определяется разность фаз и поэтому абсолютная фаза несущей в
процессе восстановления информации не участвует.
В системах с обычной фазовой модуляцией, наоборот, знание
абсолютной фазы несущей в месте приема обязательно, так как
информация содержится непосредственно в фазе сигнала по
отношению к несущей. В этих случаях фазовую погрешность, не
поддающуюся указанной выше регулировке, необходимо выделять и
корректировать отдельно. Последнее осуществляется путем обработки
специальной синхронизирующей последовательности, которая
предварительно вводится в каждый блок данных [4.50].
4.5. ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ ПРИ НАЛИЧИИ ПОМЕХ
Источниками помех при передаче данных являются, например,
другие каналы связи или случайным образом меняющиеся
переходные сопротивления контактов (см. разд. 3.2.2.7). Влияние на
передачу данных большого числа различных случайных помех,
действующих в реальных каналах связи, можно сравнительно просто
оценить, если в качестве модели помех принять белый шум, т. е.
шум, имеющий постоянную спектральную плотность мощности No
166
10'
\~*
110
-з
-4
10
1Ю-5
§
гб
7
• у
/\
2 /
10
5 10 15
Погрешность в фазе несущей, град-
20
во всей интересующей нас области частот. Источник таких помех
предполагается сосредоточенным на входе приемника (рис. 4.47).
Плотность вероятности р(х), значений шума х принимается гаус-
совской [4.51, 6*]:
где а2 — дисперсия шума.
Из рис. 4.48 видно, что с увеличением дисперсии большие
значения х становятся более вероятными, т. е. плотность вероятности
распределяется в более широкой области. В пользу этой модели
помех, первоначально
кажущейся произвольной, говорит,
прежде всего, то, что в
соответствии ,с центральной предель-
.ной теоремой при
определенных, не очень ограничивающих
допущениях сумма большого
числа независимых случайных
величин приближенно имеет га-
уссовское распределение [4.52,
Источник шума
I N=Not
Принимаемый i
сигнал /*\
^» [ + ) 1 Приемник
-Ю
-5 0
Значения шума х
10
Рис. 4.47. Модель помехи
Рис. 4.48.
шума
Гауссовское распределение
6*, 31*]. Кроме того, многие шумовые процессы точно
описываются принятой моделью, например тепловой и дробовой шумы.
Наконец, и опыт показывает, что выбранная модель помех хорошо
выявляет различия в помехоустойчивости разных методов передачи.
Поэтому указанная модель используется ниже для оценки влияния
шумов на передачу.
4.5.1. ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ ПРИ УЧЕТЕ ТОЛЬКО ШУМА В КАНАЛЕ СВЯЗИ
Если допустить, что в канале связи совсем нет искажений и
помех, то на приеме в точках отсчета получаются точные значения
передаваемого сигнала. Решение о том, какое из несущих
информацию значений имеется налицо, принимается с помощью пороговой
схемы. Если на передачу (а практически это всегда так) влияют
шумы, то существует некоторая конечная вероятность того, что зна-
167
чение сигнала изменится так, что приемник отождествит его с
другим, отличным от посланного, состоянием сигнала, т. е. появится
ошибка. Чтобы можно было установить, как велика вероятность
такого рода ошибки в практической системе, целесообразно
сначала исследовать систему передачи в первичной полосе частот.
Если передаются п различных уровней, которые могут
принимать значения ± (2£—\)d; i—l, 2, ..., п/2, и появляются одинаково
часто, то средняя мощность рт ступенчатой функции времени, с
помощью которой передаются данные, определяется выражением
[4.53]
п/2
Pm = -~Yi(2i—lfd2= ra8~1 <Р. (4.40)
»
Чтобы ограничить передаваемую мощность используемой
полосой частот канала связи, необходимо ограничить в передатчике
бесконечно широкий спектр указанной функции времени.
Одновременно желательно ограничение полосы и в приемнике с тем, чтобы
сохранить малой мощность шума, пропорциональную полосе
пропускания фильтра, установленного на приеме.
При последующем анализе системы передачи в первичной
полосе частот будем предполагать, что ее общая передаточная.функция
имеет вид
FI \-\Т ПРИ 'Ш' <П/Т'
И~10 при |<в|>я/7\
т. е. имеет место прямоугольное ограничение полосы частот.
Как уже было отмечено выше, желательно иметь фильтры как
на входе, так и на выходе канала связи. Поскольку, однако, общая
передаточная функция iF(co) задана, ее разлагают на два
сомножителя, один из которых FS(a) выражает передаточную функцию
фильтра передатчика, а другой FB(co) ■—фильтра приемника. При
линейных методах передачи и при условии ограниченной мощности
на входе канала оптимальным оказывается такое разложение, при
котором фильтры передатчика и приемника имеют одинаковые по
модулю передаточные функции [4.24]:
\Fs(<a)\ = \FE{«>)\ = \F (со) \V\ (4.41)
Фазовые характеристики фильтров при этом произвольны, за
исключением одного условия — их сумма должна соответствовать
передаточной функции F(a), требуемой при выбранном методе
передачи. При применении нелинейных методов модуляции — ЧМ и
ФМ — найти оптимальное разложение не так просто [4.32].
168 . ■
При указанных выше допущениях для идеального канала
мощность сигнала в приемнике [4.24]
Ps =
ЧпТ
со
jVs(tD)|2dcO,
или с учетом (4.40)
Ps= -f ^. (4.42)
Если пороговые уровни в приемнике выбраны равными at—
= ±2ld; i=0,..., n/2—1, то ошибка всегда возникает в том случае,
когда значение шума в
момент отсчета превысит уч*(*>
d. Для дисперсии шума
на решающем блоке при- i
емника (который соглас- |
но поясненному на рис. я
4.49 алгоритму ставит в| , //^пороговые
уровни
Рис. 4.49. Диаграмма,
поясняющая правило
решения при приеме че-
тырехпозиционного
сигнала
Требуемые
значения
Время ■
соответствие значению сигнала /(/) в момент tn близлежащее
разрешенное значение) с учетом ограничения спектра шума входным
фильтром приемника, соотношения (4.41) и спектральной
плотности шума JV0 получаем выражение
N0
2я
со
J|F£(co)|2dco.
■С учетом (4.39) вероятность ошибки ре, т. е. вероятность того, что
значение шума превышает d, определяется соотношением
"^O-rbs-J
e-^dx.
(4.43)
Разумеется, с конечной, но меньшей вероятностью в случае
ошибки может быть превышен и следующий, более высокий порог.
Однако при всех реальных значениях вероятности ошибки, при
которых передача данных еше имеет смысл, вероятность превышения
последующего порога на порядок меньше, чем соседнего, и поэтому
может не учитываться.
169
Коэффициент 2 в (4.43) обусловлен тем, что ошибка возникает
в двух случаях: когда значение шума больше -\-d и когда оно
меньше —d, а р(х) —четная функция. Коэффициент 1—1/п
появляется потому, что в крайнем из разрешенных значений сигнала не
возникает ошибки, если величина помехи превышает d в
направлении «наружу», как это показано на рис. 4.49 для момента отсчета
/з- Поскольку предполагается, что все требуемые значения
появляются одинаково часто, вероятность появления двух крайних
значений получается равной 1/п.
Так как мощность шума PN на входе приемника в
интересующей нас полосе частот от —л/Т до л/Т составляет
л/г
Р" = ~Ь J ^(o^JVo/T,
-л/г
то с учетом (4.42) отношение мощности сигнала к мощности шума
на приеме определяется равенством
Ps/P* = eP(n*— 1)/3JV0.
Если выразить из него d и
подставить его в (4.43), то получим
вероятность ошибки при линейной
передаче L-позиционными сигналами:
Vl/2
ю
-2
]1<Г;
14
5 *
£8
Ю
10"
ю~
-Л
\
1
*
\
\
2\
»-К1-±Н-£тт;У
где
<2(*) =
Т/2;
'л J
,-*2/2
dt
10
Отношение сигнал/шум Р^Рщ =S/N-
15 дБ
V
20
функция, для которой имеются
таблицы (например, в [4.51,4.53])'.
Рис. 4.50. Вероятность ошибочного приема
посылки при передаче в первичной полосе
частот:
кривая / — для двухпозиционного сигнала;
кривая "5 — для четырехпозиционного сигнала
1 Вместо нее часто используется также [4.51] функция erfcZ=l—erfZ=
оо
=— f e-"dt. При этом Q(X)=0,5 етЩХ/УИ).
у л i
170 ;
Полученная формула выражает вероятность ошибочного приема
одной посылки, т. е. ошибку на одном тактовом интервале. При
двоичной передаче она совпадает с вероятностью ошибки в бите.
При миогопозициониой передаче, вероятность ошибки ib бите,
зависит от вероятности ошибочного приема посылки и от
применяемого кодирования (см. разд. 4.1.6). Поэтому в дальнейшем для
многопоэиционных сигналов указывается вероятность ошибочного
приема посылки. Ее зависимость от отношения сипнал/шум для
двухпозиционных и четырехпозиционных сигналов показана на
•рис. 4.50.
Часто, однако, представляет интерес не только вероятность
ошибочного приема посылки при заданном отношении сигнал/шум,
но и, наоборот, отношение сигнал/шум, при котором обеспечен
прием с заданной вероятностью ошибки. Для этого случая получены
простые и обычно достаточные по точности приближенные
формулы [4.51, с.933].
4.5.2. ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ С УЧЕТОМ ЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИИ
При расчете вероятности ошибки в рамках модели помех до сих
пор учитывалось лишь влияние аддитивного шума. Чтобы
рассчитать вероятность ошибки во всей системе передачи, необходимо
учесть влияние и всех других мешающих факторов, имеющихся в
канале связи. Особенно зажны линейные искажения, которые, как
было отмечено в разд. 5.2, вызывают межсимвольную
интерференцию. Она ведет к повышению вероятности ошибки, так как даже
при отсутствии шума сигнал в точках отсчета не принимает
требуемых значений, и, следовательно, уже более малое значение
шума, чем то, что соответствует разности между требуемым
значением и пороговым уровнем, может вести к ошибке.
Так же, как и шум, межсимвольную интерференцию следует
рассматривать как случайный процесс. Однако для нее не удается
построить столь же простую вероятностную модель, как для шума;
характеризующее ее распределение вероятностей должно быть
найдено с учетом свойств исследуемого канала связи и метода
передачи. Как правило, распределение вероятностей, описывающее
межсимвольную интерференцию, не может быть приближенно заменено
распределением Гаусса. На рис. 4.51 в качестве примера показано
распределение искажений, вызванных межсимвольной
интерференцией, для случая, когда двухпозиционный парциально
кодированный сигнал передается по каналу с линейно возрастающей
величиной ГВЗ.
Трудности точного анализа влияния межсимвольной
интерференции на вероятность ошибки послужили стимулом к разработке
весьма разнообразных приближенных методов. Первая мысль,
которая напрашивается, — рассчитать вклад в вероятность ошибки k
171
отсчетов, соседних с интересующим нас импульсом, для каждой
возможной комбинации k значений. При п уровнях передачи
возможны nk комбинаций соседних импульсов. Нижней границей для
быстро уменьшающихся передаваемых импульсов является
приблизительно значение k—10, для практических каналов k часто
Рис. 4.51. Частота
появления отклонений от
требуемого значения для
парциально
кодированных импульсов класса 4
при линейном росте ГВЗ
в полосе Найквиста с
коэффициентом т/Г=0,9
должно выбираться существенно большим. Хотя объем вычислений
можно уменьшить за счет «дискретизации» функции
распределения, т. е. аппрокеимации плотности вероятности ступенчатой
функцией [4.54], он всегда остается все же очень значительным; с
ростом k объем вычислений увеличивается столь быстро, что этот
способ едва ли реализуем даже и на современных вычислительных ма-
-шинах. Поэтому он имеет практическое значение в основном для
оценки качества приближенных методов.
Существенное уменьшение объема вычислений достигается в том
случае, если ограничиться расчетом вероятности ошибки для
наихудшего случая. Для этого определяется наиболее
неблагоприятная последовательность k битов и рассчитывается соответствующая
вероятность ошибки. Получаемая в данном случае информация для
оценки системы передачи, однако, довольно мала; прежде всего, не
имеет смысла сравнивать на ее основе различные методы передачи,,
так как никоим образом не гарантируется, что соотношение между
оценкой вероятности ошибки для наихудшего случая и ее точным
значением всегда одинаково. Это справедливо и для метода
расчета, основанного на границе Чернова [4.55, 4.56], хотя благодаря
оценке верхней границы вероятности ошибки он дает лучший
результат, чем простой расчет по наихудшей последовательности
данных. При этом методе, в частности, отпадает необходимость в
сложном определении наихудшей комбинации передаваемых
данных; можно указать разумную вероятность ошибки и для таких
форм импульсов, при которых переходный процесс затухает столь
медленно, что ряд, описывающий межсимвольную интерференцию,
не сходится. Типичная форма импульса, при которой имеет место
такой случай, — это импульс вида sin xjx, для которого произволь-
172
=" -1 0
Отклонение от требуемого значения ■
но малая погрешность момента отсчета теоретически уже ведет к
ошибке, так как члены получающегося ряда отсчетных значений
уменьшаются как 1/х и ряд не сходится.
Расчет вероятности ошибки, достаточно точный и для сравнения
сходных методов передачи или оптимизации систем передачи,
может быть осуществлен с помощью разложений в ряды [4.57—4.64].
На этих методах, применяемых в последнее время и требующих
несколько более сложного математического аппарата, мы, однако,
не будем останавливаться. Их основное значение заключается в
том, что при сравнительно умеренных затратах они позволяют
получить точное представление о влиянии различных параметров на
качество передачи.
4.5.3. ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ С УЧЕТОМ ПРОЦЕССОВ
МОДУЛЯЦИИ И ДЕМОДУЛЯЦИИ .,
Предыдущие расчеты справедливы для прямой передачи
первичного сигнала, т. е. для такого вида передачи, который во многих
важных случаях неосуществим. Действительно, часто, чтобы
сместить спектр первичного сигнала в полосу частот имеющегося в
распоряжении канала связи, необходима модуляция. Если при этом
речь идет о линейных методах модуляции, расчет вероятности
ошибки легко выполнить описанным выше методом для
эквивалентной первичной полосы частот (см. разд. 4.3). При когерентной
демодуляции следует лишь учесть влияние погрешности фазы
несущей, которая явля'ется дополнительным источником
межсимвольной интерференции.
При нелинейных методах модуляции — частотной или
фазовой — описанные выше методы расчета вероятности ошибки уже
неприменимы. Оба метода модуляции обладают тем свойством, что
полоса частот модулированного сигнала зависит от параметров
модуляции — девиации частоты и фазы — и может существенно
превышать полосу частот первичного сигнала. Это ведет к
нелинейной связи между отношениями сигнал/шум на выходе входного
фильтра приемника и в цепи после демодулятора, причем
последнее может быть существенно больше [4.63, 31*]. Поэтому при
наличии необходимой полосы частот нелинейные методы модуляции
имеют преимущества по сравнению с амплитудной модуляцией, в
первую очередь, при плохом отношении сигнал/шум.
Относительно достижимой при этом вероятности ошибки
имеется обширная литература [4.8, 4.24, 4.32, 4.65, 31*]. Различные
исходные допущения, согласно которым ограничивается теоретически
бесконечно широкий спектр модулированного сигнала (например,
передача с одной или двумя боковыми полосами), а также
допущения, касающиеся фильтров приемника (например, фильтров, опти-
■ мальных по критерию минимума среднеквадрэтической погрешно-
173
сти или по затратам при реализации) и самого процесса
демодуляции, ведут отчасти к различным результатам. Прежде всего, при
передаче многопозиционных сигналов данных по каналу с
ограниченной полосой пропускания применение частотной модуляции
часто исключается из-за более широкой полосы частот сигнала ЧМ,
которая необходима для обеспечения высокой помехоустойчивости
[4.24].
Из-за сложности математического описания нелинейных
процессов модуляции и демодуляции линейные искажения в канале связи
можно учесть лишь приближенно. Методы, аналогичные
упомянутым в этом разделе методам анализа амплитудной модуляции, для
нелинейных видов модуляции неизвестны. Поэтому при
практической разработке оптимальных методов передачи важнейшую роль
играет их моделирование на ЭВМ.
В качестве примера на рис. 4.52 показана вероятность
ошибочного приема посылки для «-позиционной частотной модуляции в
зависимости от отношения сиг-
п~2г—* ' * ' r_l ^ нал/шум S/N при условии
одинаковой полосы частот
(т. е. для п>2 должен быть
выбран индекс модуляции,
приблизительно равный 1/az,
см. разд. 4.3.2). Для
сравнения на рис. 4.53 показана
вероятность ошибочного
приема посылки при
«-позиционной . фазовой модуляции и
одинаковой полосе частот.
Сравнение частотной и
фазовой модуляции по этим
рисункам оказывается небла-
10 15
Отношение сигнал/шум S/IM ■
20 дБ 25
Рис. 4.52. Вероятность
ошибочного приема посылки при
частотной модуляции:
кривая / — для двухпозиционных
сигналов; кривая 2 — для четырехпозици-
оиных сигналов; кривая 3 — для вось-
мипозиционных сигналов
гоприятным для частотной модуляции, однако это в
основном объясняется принятым условием равенства полосы
частот во всех случаях. В теоретически оптимальном случае, т. е. без
учена требуемой полосы частот и затрат, методы передачи,
использующие частотную и фазовую модуляцию, по помехоустойчивости
примерно равноценны. Поэтому при выборе метода передачи
решающее значение имеют ограничительные условия, касающиеся
полосы частот и затрат.
174
I В заключение раздела приведем
графики (рис. 4.54), позволяющие
еще раз сравнить свойства методов
передачи, наиболее важные при
передаче данных (см. [4.8]). Из них
видно, что амплитудная модуляция
с одной боковой полосой
обеспечивает особенно высокую удельную
скорость передачи; фазовая
модуляция наиболее пригодна для
передачи при малых отношениях
сигнал/шум, в то время как фазораз-
восгаая и частотная модуляции
имеют преимущества, глав'ным образом,
в отношении реализации.
ю
Рис. 4.53. Вероятность ошибочного
приема посылки при фазовой модуляции:
. кривая / — для двухпозицнонных сигналов;
кривая 2 — для четырехпозицнонных сигналов;
кривая 3 — для восьмипозициоиных сигналов
110
.-3
10"
Q.10"
1ю-6
\\
\
\
\
\
\ \
V \
31
5 10 15 дБ 20
Отношение сигнал/шум S/N —»-
Необходимо, однако, со всей определенностью указать, что к
сравнению методов по рис. 4.54 следует относиться с большой
осторожностью. В одних случаях не учтены свойства канала связи,
в других — сравнение сильно зависит от структуры приемника
бит-с 1/Гц
10 20
Отношение сигнал/шум S/N
Рис. 4.54. Удельная скорость
передачи, достижимая при
различных методах
модуляции, в зависимости от
отношения сигнал/шум при
вероятности ошибочного приема
посылки Ю-4. Цифрами у
кривых обозначено число
требуемых значений
принимаемого сигнала:
___^_ ЧМ — частотная 'модуляция; ФМ —
к 30 фазовая модуляция; ФРМ — фазо-
дс и разностная модуляция; AM ОБП—
амплитудная модуляция с одной
боковой полосой
(прежде всего, при частотной и фазовой модуляции). Так,
например, как уже отмечалось, при соответствующих условиях
частотная и фазовая модуляции дают примерно равноценные
результаты. Кроме того, при сравнении были оставлены без внимания
вопросы практической реализуемости и затрат.
175
5. Учет свойств реальных каналов связи j
при передаче данных '
В разд. 4 были рассмотрены условия, при которых возможна
наиболее помехоустойчивая передача данных. При этом в
зависимости от метода передачи необходимо исследовать как
спектральную плотность мощности сигнала в канале связи, так и вид
принимаемого сигнала во временной области. Наряду с надлежащим
выбором параметров системы передачи, упомянутые условия
требуют определенного изменения модуля спектральной функции и
линейного изменения ее фазы. Фильтры системы передачи можно
выбрать такими, чтобы ее общая передаточная функция была
весьма близка к желаемой >как по модулю, так и по фазе. Если
формирование спектра осуществляется уже в самой системе
передачи (что обязательно при наличии канала с переменными
параметрами), то к каналу связи между передатчиком и
приемником системы предъявляются следующие требования: в
используемой полосе частот затухание должно быть постоянным
(абсолютное затухание играет роль только при выборе длительности
приема и пауз), а фазовая характеристика — линейной или
соответственно групповое время замедления — постоянным.
Каналы связи, отведенные для передачи данных, во многих
случаях, однако, не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому в
разд. 5.2.1 рассматривается влияние неравномерности затухания
и ГВЗ на передачу сигналов данных. При применении
компромиссного корректора канала (см. разд. 5.3.1.1) или
настраиваемого корректора, который используется при более высокой
удельной скорости передачи (см. разд. 5.3.1.2), имеется остаточная
неравномерность затухания и ГВЗ. Особое внимание в разд. 5.3.2
уделяется адаптивной автоматической коррекции принимаемого
сигнала, получившего искажение из-за свойств частотныхv
характеристик затухания и ГВЗ канала связи, во временной области.
Такая коррекция обеспечивает оптимальное согласование системы
с каналом связи, в особенности когда он имеет переменные
параметры.
Кроме того, при передаче с применением модуляции важное
значение имеют сдвиги частоты и фазовое дрожание (джиттер),
которые могут появляться в высокочастотных системах дальней
связи (см. разд. 3.2). Их влияние на передачу сигналов данных
рассматривается в разд. 5.2.
В разд. 5.2.4 приводятся некоторые общие сведения и о
влиянии посторонних помех на передачу сигналов.
176
\ Чтобы оценить влияние перечисленных характеристик канала
^вязи, необходимо иметь соответствующие критерии оценки.
Прежде всего укажем такие критерии, поскольку в разд. 4 о них
ничего не говорилось.
5.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ
Для оценки влияния канала связи на передачу данных, в
первую очередь, представляет интерес отклонение принимаемого
сигнала от желаемого во временной области. Поэтому широко
■используют критерии оценки, отражающие указанное отклонение.
В качестве примера на рис. 5.1 показано влияние
неравномерности затухания ВЧ тракта на изменение сигнала по сравнению с
идеальным сигналом.
Рис. 5.1. Парциально
кодированный импульс
класса 4:
кривая / — идеальный;
кривая 2 — после передачи с
одной боковой полосой
через три участка ВЧ
тракта (несущая частота 2.9
кГц, скорость передачи
4800 бнт/с)
5.1.1. ВЕРОЯТНОСТЬ ОШИБКИ
Показателем, лучше всего характеризующим качество
передачи, является вероятность ошибки. Под влиянием линейных
искажений сигнала она возрастает, так как из-за межсимвольной
интерференции, т. е. нежелательного наложения предыдущих и
последующих импульсов, отсчет сигнала может изменяться в
сторону соседнего разрешенного его значения, и тогда достаточно
более слабой помехи, чтобы принимаемому сигналу в момент
отсчета было приписано ошибочное значение. Однако как расчет,
так и измерение вероятности ошибки в условиях, когда в
качестве помехи воспроизводится только белый шум, сопряжены с
высокими затратами (см. разд. 4.5). Если же учитывать реальные
помехи в канале связи, то необходимы весьма обширные изме-
1 рения (см. разд. 5.2.4), поскольку, за исключением некоторых
особых случаев, эти помехи в своей совокупности не поддаются
достаточно точному воспроизведению.
177
5.1.2. СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ
Во многих случаях для опенки качества передачи достаточно!
и более простых критериев. Часто используемым показателем яв-1
ляется среднеквадратическая погрешность (СКП), которая
определяется как сумма квадратов отклонений значений отсчетов от
требуемых, деленная еа число п учитываемых измерений:
п
скп=~v Е[a {i Т) ~йтреб (iT)]2' (5Л)
где a(iT) — значение принимаемого сигнала в момент отсчета
iT; а-греб(1Т) — соответствующее неискаженное значение.
При линейных методах передачи, т. е. при передаче в
первичной полосе частот* или использовании амплитудной модуляции и
двоичной передачи со значениями ±А, СКП представляет собой
также сумму квадратов отклонений отсчетов отдельного
искаженного импульса, например, изображенного на рис. 5.1, от
требуемых значений:
СКП= V [a(iT)~aTpe6(iT)]\ (5.2)
i=—to
Так как для применяемых при передаче форм импульсов
большинство отсчетов равно нулю, то (5.2) обычно вычислить легче;
чем (5.1).
Благодаря относительно простому определению и способности
хорошо характеризовать «среднее» качество передачи
среднеквадратическая погрешность является ныне весьма часто
используемым показателем, в особенности для расчетной оценки качества,
например, при оптимизации каналов связи' [5.1]. Так как
среднеквадратическая погрешность не имеет, однако, непосредственного
наглядного смысла и, как правило, по ее измеренному значению
невозможно судить о качестве передачи без детальных сведений
о методе и устройствах передачи, то как измеряемый показатель
качества передачи она практически не используется.
5.1.3. ГЛАЗКОВАЯ ДИАГРАММА
Для оценки качества передачи путем измерений глазковая
диаграмма, напротив, имеет самое большое значение (см. разд.
4.1.3). Происхождение этого названия еще раз поясняет рис. 5.2,
где в случае отсутствия искажений (рис. 5.2а) видны два
расположенных друг над другом ромбовидных раскрытия — «раскрытия
глазка». Рисунок получается путем наложения сигналов в
течение одного отсчетного интервала при очень многих различных.
178
\комбинациях данных (см. также рис. 4.6). На рис. 5.2 показано
такого рода наложение для парциально кодированного сигнала,
искаженный и неискаженный импульсы которого изображены на
рис. 5.1. В случае отсутствия
искажений на диаграмме обнаружи-' j?» г
ваются три отсчетных значения,
характерных для двоичной
передачи с помощью парциально
кодированных импульсов (см. разд.
4.1.1.5). Под влиянием искажений
(рис. 5.26) вместо этих
дискретных уровней получаются обт
ласти, в которые может попадать
сигнал в момент отсчета;
имеющийся глазок по мере увеличения
искажений закрывается. Как
будет показано в разд. 5.1.4,
горизонтальное раскрытие «глазка»
служит при этом показателем
краевых или телеграфных
искажений и характеризует
чувствительность передачи к
отклонениям от оптимальных моментов
отсчета. Вертикальное раскрытие
«глазка» отражает степень
чувствительности к помехам.
~j ч
5u«ft.
~-*&с
:1
>1
i -с
■«'
б)
*" -
yjt<tMo
Рис. 5.2. Глазковая диаграмма для трех-
позиционного принимаемого сигнала при
использовании парциально кодированных
импульсов класса 4 после передачи с
одной боковой полосой (несущая частота
2,9 кГц, скорость передачи 4800 бит/с):
а) передача при соединении приемника
и передатчика накоротко; б) передача
по одному участку ВЧ тракта; е)
передача по двум участкам ВЧ тракта
При расчете раскрытия «глазка» с целью оценки качества
передачи необходимо иметь в виду, что могут быть такие редко
встречающиеся комбинации данных, для которых раскрытие
«глазка» хотя и очень мало, однако качество передачи ввиду их
редкости ухудшается не слишком сильно. Если мы, тем не менее,
захотим учесть частоту их появления, такой расчет оказывается
непростым. Кроме того, расчет полной глазковой диаграммы,
которая позволяла бы также судить о чувствительности к сдвигам
179
моментов отсчета, т. е. об общем изменении во времени аналого-/
вого сигнала за много интервалов отсчета, требует затрат, кото-'
рые исключают ее применение в качестве простого критерия
качества передачи при расчетном анализе. При измерениях,
напротив, аналоговый сигнал легко отобразить на осциллографе и
редкие неблагоприятные комбинации данных сами собой
учитываются в соответствии с частотой их появления благодаря конечной
длительности послесвечения обычных электронно-лучевых трубок
осциллографов (см. рис. 5.2).
5.1.4, КРАЕВЫЕ ИСКАЖЕНИЯ \^
Уже при обсуждении глазковой диаграммы в разд. 4.1
упоминалось о временных отклонениях принятого сигнала данных от
посланного сигнала. При синхронной передаче импульсами,
которые не удовлетворяют второму условию Найквиста, и
многопозиционной передаче эти обусловленные системой отклонения после
восстановления тактов могут быть устранены, за исключением
остающегося 'при этом «дрожания» тактов (тактового джиггера)
(см. разд. 4.4.1). Напротив, в системах с варьируемой скоростью
передачи, у которых сигналы данных могут передаваться
посылками любой длительности, вплоть до некоторого минимального ее
значения T=l/v, определяемого максимальной, скоростью
передачи, существенную роль играют краевые искажения различного
рода, в зависимости от типа системы (см. том 2, разд. 11.3.1.1).
Поэтому здесь о них будем говорить лишь по мере необходимости.
Свойства, обусловленные конкретными типами систем,
обсуждаются в разд. 7, том 2.
5.2. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ СВЯЗИ
НА ПЕРЕДАЧУ ДАННЫХ
На основе некоторых рассмотренных в разд. 5.1 критериев
оценки качества систем передачи данных ниже обсуждается
влияние характеристик каналов связи. При этом особое внимание
уделяется неравномерности затухания. Затем рассматривается
влияние неравномерности ГВЗ и описываются такие важнейшие
последствия влияния канала связи на принимаемый сигнал
данных, как сдвиги частоты, фазовое дрожание и помехи.
5.2.1. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ЗАТУХАНИЯ И ГВЗ
Прежде всего на примере идеально ограниченного по спектру
импульса (вида sinx/x, см. разд. 4.1.4) рассмотрим влияние
линейного роста затухания* на некоторые из указанных в разд. 5.1
* Имеется в виду линейный рост затухания в логарифмических единицах.
(Прим. ред.)
180
\
показателей качества передачи данных — на раскрытие «глазка»,
среднеквадратическую погрешность и вероятность ошибки.
Спектр сигнала на приеме при указанном условии имеет вид
С(Й) = |^"Ф1. \«\<«/Т;
I 0, |со|>я/7\
где величина а .представляет собой показатель роста затухания
с повышением частоты. С помощью преобразования Фурье
получается соответствующая функция времени
л/Г
Те-аЫ &Ш d&.
-я/Г
На рис. 5.3. показано изменение формы импульсов "для
значений показателя роста затухания в пределах от 0 (идеальный
случай) до 20 дБ*. С увеличением 'показателя импульс становится
Рис. 5.3. Импульс вида
(sin x)/x с нормированной
амплитудой при линейном
росте затухания в полосе
Найквиста fN = l/2T;
показатель роста затухания а—О, 2,
4, .... 20 дБ
Значения сигнала
-4Чгэ"-3-2^11^.-1
Время — »
1
0
lb. а=20дБ
а=0 (идеал.)
^4
шире и его нули смещаются. Влияние изменения формы
импульса на раскрытие «глазка» при двухпозиционной передаче
показано на рис. 5.4. Раскрытие «глазка» определяется при этом по
найденному из графика максимальному отклонению М от
требуемого значения отсчета согласно соотношению
Раскрытие глазка= (1—М) • 100%.
Если максимальное отклонение от требуемого значения
отсчета превышает 1 (при показателе роста затухания примерно 14
* Предполагается, что указанные значения отнесены к единице круговой
частоты ш. (Прим. ред.)
181
1.0
I 0,5
м
Щ
10
дБ 15
0 5
Показатель роста затухания а —»-
Рис. 5.4. Максимальное отклонение
отсчета импульса вида (sinx)/*: от
требуемого значения при линейном
росте затухания в полосе Найкви-
ста
дБ), «глазок» закрыт и ошибки появляются даже без
дополнительных помех.
График среднеквадратической погрешности как функции
показателя роста затухания а для выбранного примера показан на
рис. 5.5.
Влияние показателя роста затухания на вероятность
ошибочного приема посылки показано на рис. 5.6. На нем приведен
график вероятности ошибки
в зависимости от отношения
сигнал/шум для показателя
роста затухания 0,4 и 8 дБ
при двухпозиционной и че-
тырехпозиционной
передачах в условиях действия
помехи типа белого шума. Из
графика хорошо видно, что
показатель роста затухания
4 дБ, который еще не
слишком сильно ухудшает
качество передачи двухпозицион-
ными сигналами, становится
практически недопустимым
при передаче четырехпози-
ционными сигналами, т. е. с
двойной скоростью.
Изменение формы
принятого сигнала зависит не
только от точного вида
частотной характеристики
затухания и ГВЗ, но еще более
существенно — от
выбранного метода передачи.
Общие выводы о характере
изменения формы импульса
можно сделать только в
случае линейных методов
передачи, да и то только для
некоторых простых искажений,
например линейных или
параболических характеристик
затухания и ГВЗ [5.2].
Такого рода «модели
искажении» хотя и позволяют провести сравнение различных
методов передачи, как это делается в [5.3, 5.4], однако не отражают
реальных изменений формы импульсов в практических каналах
•связи. Удобный расчет искажений ов таких линейных системах пе-
182
скп
0.2
0,1
0
У
/
/
5 10
Показатель роста затуханир а -
дБ 15
Рис. 5.5. Среднеквадратическая
погрешность импульсов вида (sin л:)/* при
линейном росте затухания в полосе Найквиста
редачи осуществим на основе преобразования полосового канала,
который используется при передаче модулированных сигналов, в
соответствующий эквивалентный канал, представляющий собой
фильтр нижних частот [6.5] (см. разд. 4.3.1).
Рис. 5.6. Вероятность ошибочного
приема посылки при передаче данных
двух- и четырехпозиционными
импульсами вида (sin x)/x и линейном росте
затухания в полосе Найквиста.
Кривая
1
2
3
4
5
Показатель
роста
затухания в
полосе
Найквиста, дБ
0
4
8
0
4
Импульс
sin х/х
Двухпо-
зицион-
ный
—»—
—»—
Четырех-
позици-
онный
-»—
,^-4
10
Ю-6
I
| Ю-6
ё
О
со
1 кг7
О.
П.
О
о
1 ю"8
S
а
о
л
1-
§ 10^
J-
т
о
о.
Щ
ш
ш-1°
|
\
, \
\ \
\з
\\
\
\
\б
15
20
25
дБ 30
Отношение сигнал/шум S/IM -
Для волнообразной синусоидальной формы характеристик
затухания и ГВЗ теория тарного эха [6.6] утверждает, что при
одинаковой неравномерности характеристик изменение формы
импульса тем меньше, чем больше волн имеется в 'полосе передачи.
Например, при коррекции ГВЗ основных фильтров первичных
групп каналов, которая осуществляется с учетом допустимой
неравномерности ГВЗ, указанной в разд. 3.2.3.1 (см. рис. 3.25),
появляется от восьми до десяти волн. При таком большом числе
волн в полосе передачи посланный импульс 'передается в
некоторых пределах неискаженным; на более значительном удалении от
главного импульса .появляется небольшой эхо-сигнал, однако
создаваемые им помехи, как правило, незначительны. Таким
способом можно оценить также влияние характеристик
неравномерности затухания и ГВЗ в форме функций Чебьгшева. Подобные
характеристики могут быть свойственны именно скорректированным
каналам, например названным выше первичным группам каналов.
Исследование влияния характеристик специальных видов реаль-
183
ных каналов связи требует моделирования всей системы связи на
ЭВМ.
Если необходимо установить, как влияют характеристики
канала связи на качество передачи при нелинейных методах
модуляции (ФМ и ЧМ), то в этом .случае из-за отсутствия простых
аналитических методов исследования моделирование системы
передачи оказывается особенно необходимым. Для определения
относительной чувствительности методов передачи обычно
используются простые модели искажений. Моделирование нелинейных систем
передачи на ЭВМ, 'кроме того, играет важную роль при
оптимизации практических устройств передачи [5.7, 5.8], особенно при
нелинейных методах модуляции.
В целом оказывается, что неравномерность затухания,
свойственная реальным» каналам связи, как правило, в значительно
-" — меньшей степени, чем
неравномерность ГВЗ,
ухудшает качество
передачи данных. Это
является следствием того
факта, что
используемые в настоящее время
каналы первоначально
предназначались для
передачи речи, при
которой групповое время
замедления имеет
второстепенное значение,
поэтому его частотная
характеристика откло-
Рис. 5.7. . Раскрытие
«глазка» при различных методах
передачи и линейной нерав-
^ДБП-К номерности ГВЗ, отнесенной
к длительности посылки Т:
AM — амплитудная модуляция
следующих видов: с ДБП-О —
с передачей двух боковых полос
и демодуляцией путем
выделения огибающей; с ДБП-К. — с
передачей двух боковых полос
и с когерентной демодуляцией;
с ЧПБП — с частично
подавленной боковой полосой; КАМ —
квадратурная амплитудная
модуляция; ЧМ — частотная
модуляция; 2-ФРМ — двухпозицион-
ная фазоразностная модуляция;
8-ФРМ — восьмипозиционная
фазоразностная модуляция
Нормированнар неравномерность ГВЗ Хгп
184
няется от идеальной гораздо больше, чем . характеристика
затухания.
Детальное обсуждение влияния линейных искажений при
различных методах передачи можно найти в [5.2—6.4]. Их
сравнение проведено на рис. 5.7 и 5.8, заимствованных из [5,3].
Проблематика такого сравнения
обнаруживается уже в
том, что, например, при
квадрэтической
характеристике ГВЗ частотная
модуляция менее
чувствительна, чем амплитудная,
а при линейной
характеристике, наоборот,
преимущество имеет
амплитудная модуляция (это
видно из сравнения рис.
5.7 и 5.8). Так как
определенный метод передачи
может быть
чувствительным к линейным
искажениям, но
нечувствительным к влиянию других
характеристик канала
связи и наоборот, то на
основе только лишь
линейных искажений нельзя
сделать правильных вы-
Частота 0=T/f
Рис. 5.8. Раскрытие «глазка»
при различных методах
передачи и квадратической
неравномерности ГВЗ, отнесенной
к длительности посылки Т.
Обозначения кривых те же,
что на рис. 5.7.
Нормированная неравномерность ГВЗ
водов о пригодности того или иного метода передачи по сравнению
с другими. Для некоторых специальных приложений, однако, такое
сравнение двух методов передачи со сходными в остальном
показателями может иметь решающее значение. Полезной основой для
этого могут тогда служить исследования, проведенные в [5.2, 5.S].
Влияние линейных искажений — амплитудных, фазовых, а
также эхо-сигналов, — о .котором до этого особо не упоминалось,
может быть в значительной мере скомпенсировано, в первую
очередь, с помощью адаптивной коррекции (см. разд. 5.3).
185
Хотя эхо, вообще говоря, может интерпретироваться как
амплитудное и фазовое искажение, в основном оно оказывает на
принимаемый сигнал данных такое влияние, которое зависит от
амплитуды эхо-сигналов, их времени запаздывания, а также от
метода передачи и ведет к той или иной более высокой
чувствительности к помехам. Однако, как уже было отмечено выше, влияние
эхо-сигналов можно уменьшить с помощью адаптивной
коррекции. При этом время запаздывания эхо-сигнала (см. разд. 3.2.2.5)
имеет решающее значение для затрат. Например, при передаче с
частично .подавленной баковой полосой четырехиоз'иционными
сигналами со скоростью 4800 бит/с [5.9], чтобы компенсировать эхо-
сигнал с запаздыванием на 15 мс, корректор должен иметь 50
элементов задержки.
Влияние линейных искажений на краевые искажения
принимаемого сигнала"для телефонных сетей Почтового ведомства ФРГ
рассматривается в томе 2, разд. 7.2, при описании соответствующих
систем.
5.2.2. СДВИГИ ЧАСТОТЫ
Сдвиг частоты появляется при передаче сигналов данных по
ВЧ системам телефонной сети (см. разд. 3.2.2.6). Он играет
существенную роль при выборе параметров приемников, которые
работают с использованием синхронной демодуляции. Как уже было
описано в разд. 4.4.2, тактовую частоту местного генератора в
приемнике необходимо регулировать в соответствии с сигналом
данных или же с передаваемым вместе с ним пилот-сигналом. Эта
регулировка осуществляется так, что влияние сдвига частоты на
вероятность ошибки практически больше уже .не играет роли.
■ В случае передачи с варьируемой скоростью при
использовании частотной модуляции сдвиги частоты оказывают свое действие
на краевые искажения, а также, конечно, и на вероятность
ошибки, если девиация частоты невелика по сравнению с ожидаемым
сдвигом частоты. Это, например, имеет место в некоторых видах
аппаратуры низкоскоростных сетей передачи данных, системах
тонального телеграфирования (см. том 2, разд. 7.4.4.2), а также в
модемах для низких скоростей передачи (см. том 2, разд. 7.2.1).
Из-за сдвига частоты сдвигается и спектр принятого сигнала,
т. е. мгновенная частота уже не соответствует требуемому
значению. На рис. 5.9 показан вид демодулированного сигнала данных
(первичного сигнала) без сдвига частоты и при его наличии (для
наглядности Af сильно преувеличено).
Сдвиг частоты приводит к тому, что спектр принимаемого
сигнала отличается от 'спектра переданного сигнала. Появляющееся
при этом краевое искажение было бы недопустимым, если бы,
как в случае систем тонального телеграфа, много участков канала
186
с такими сдвигами было бы последовательно включено друг за
другом (см. том 2, разд. 9.3.1.1 и 11.1). В случае использования
модемов (только один участок передачи от абонента к абоненту)
оно не играет такой серьезной роли (см. том 2, разд. 7.2).
Характеристическар
частота 1
Пороговый
уровень
Характеристическая
частота 2
Рис. 5.9. Влияние сдвига частоты на частотномодулированный сигнал:
кривая / — сигнал без сдвига частоты; кривая 2 — сигнал со сдвигом частоты — Д/
Как ясно из рис. 5.9, для обработки сигнала данных
мгновенная частота должна быть преобразована в величину,
допускающую прямое электрическое измерение, например в напряжение.
Легко заметить, что если в качестве порогового принят нулевой
уровень, то для сигнала, искаженного вследствие сдвига частоты,
среднее значение, полученное после выпрямления, смещается.
Также изменяется разность между пороговыми уровнями и
значениями сигнала в точках отсчета. Таким образом, имеется
возможность в значительной степени скомпенсировать краевое
искажение, обусловленное сдвигом частоты, путем такой регулировки,
при которой получаются нулевое среднее значение
выпрямленного тока или соответственно одинаковые значения отсчетов.
Величину краевого искажения 8F, которое возникает при
определенном сдвиге частоты Af, характеризует наклон, с которым
временная диаграмма сигнала пересекает .пороговый уровень. Для
импульса, приблизительно удовлетворяющего второму уровню
Найквиста, при малом сдвиге частоты и нормированной
(приведенной к единице) амплитуде U или соответственно частоте f
этот наклон составляет около 45° (см. разд. 4.1.4). В остальных
случаях он обратно пропорционален ширине полосы частот В.
Таким образом, для .краевого искажения о>, 'возникающего
вследствие сдвига частоты, при частотной манипуляции со скоростью а =
= 1/Г и с девиацией частоты h приближенно справедливо
о>«|д/| -L-^.ioo%.
I h В
Конечно, со сдвигом частоты возрастает и чувствительность к
помехам, так как спектр принимаемого сигнала смещается по от-
187
ношению к постоянной передаточной функции фильтров
приемника. Это обстоятельство отнюдь не способствует установке на нуль
среднего значения выпрямленного тока для демодулированного
сигнала даиных. Напротив, принимаемый сигнал перед
ограничением полосы должен быть перенесен в другую область частот и
частота «преобразователя должна быть отрегулирована в
зависимости от среднего значения выпрямленного! тока или от
(измененной) частоты пилот-сигнала таким образом, чтобы спектр
принимаемого сигнала всегда располагался оптимальным образом в
полосе частот, задаваемой фильтрами приемника.
Один специальный пример влияния сдвига частоты,
существенно обусловленного свойствами системы, на принимаемый
сигнал при частотной модуляции будет рассмотрен в разд. 7.2.1,
том 2. щ
5.2.3. ФАЗОВОЕ ДРОЖАНИЕ
Как и сдвиг частоты, фазовое дрожание (джиттер фазы)
появляется только при передаче по ВЧ системам телефонных сетей
(см. разд. 3.2.2.6). Так .как в общем оно составляет не более
нескольких градусов, его роль существенно проявляется только при
очень высоких удельных скоростях передачи, например, если
применяются многолозиционная фазоразно'стиая модуляция,
квадратурная амплитудная модуляция и амплитудная модуляция с
подавленной или частично .подавленной боковой полосой.
Чувствительность передачи .к фазовому дрожанию при этих- методах
пропорциональна чувствительности к погрешностям фазы при
синхронной демодуляции (см. разд. 4.4.2). Показано, что
квадратурная амплитудная модуляция в этом отношении более
благоприятна, чем другие методы.
Влияние фазового дрожания может быть уменьшено, если у
опорного сигнала, необходимого для синхронной демодуляции,
создать такое же фазовое дрожание, как и у сигнала данных. Но
использовать для этого пилот-сигнал не в'сегда удается. Хотя во
многих случаях можно выбрать полосу пропускания фильтра для
пилотнеигнала в соответствии с такой частотой (около 160 Гц),
ниже которой имеет место существенное фазовое дрожание,
однако поддерживать с достаточной точностью одинаковыми значения
времени запаздывания сигнала да'нных и пилот-сигнала до
демодулятора возможно лишь с большим трудом.
Остается только такой выход — регулировать местный
генерируемый опорный сигнал в соответствии с некоторым критерием,
формируемым по сигналу данных (см. разд. 4.4.2). Это возможно
в аппаратуре передачи данных по каналам первичных групп (см.
том 2, разд. 7.3.3). При использов'ании модемов, предназначенных
для телефонных каналов, не имеется, однако, времени, достаточ-
188
ного для получения мгновенных значений фазового дрожания, так
как различие в частоте между фазовым дрожанием и самим
сигналом данных слишком мало. Если фазовое дрожание в таких
модемах рассматривать как помеху, то сам метод передачи
должен обеспечивать, несмотря на эту помеху, достаточно малую
вероятность ошибки.
В томе 2, разд. 7.3, для соответствующих устройств передачи
данных указаны значения, характеризующие влияние фазового
дрожания.
5.2.4. ВЛИЯНИЕ РЕАЛЬНЫХ ПОМЕХ
Влияние реальных помех, действующих в канале связи, на
принимаемый сигнал из-за их многообразия практически можно
выявить только путем измерений. Под помехами в данном случае
понимаются не только случайные напряжения, аддитивно
накладывающиеся на полезный сигнал, но и скачки уровня,. перерывы,
скачки фазы и частоты.
Чтобы наглядно проиллюстрировать многообразие возможных
помех, на рис. 5.10 и 5.11 показаны два .примера действия помех
If
Индикация
ошибок
X
«
Время-
Сигнал
■ данных
Рис. 5.10. Кратковременные прерывания при передаче частотномодулированного
сигнала со скоростью 1200 бит/с. Снимки, приведенные на рис. 5.10 и 5.11,
любезно предоставлены Центральным бюро электросвязи Почтового ведомства
ФРГ, реферат А37
на частотномодулированный сигнал. Из этих примеров должно
быть ясно, как трудно определить чувствительность отдельного
метода передачи к 'специальным видам помех расчетным путем.
Из-за многообразия помех часто приходится прибегать к общему
сравнению методов по их чувствительности .к белому шуму (см.
разд. 4.6).
189
Кроме этого, предпринимаются попытки найти модели помех,
■в особенности в связи с .исследованием кодов, обнаруживающих и
исправляющих ошибки [6.10—5.12, 4*], и исследованиями по
измерительной технике [5.13,12*]. Эти модели не обеспечивают,
однако, достаточно точного сравнения .методов передачи.
. v . и: , I JM i ,« .v П (\ л ■ У \
Сигнал ':;
\f- £3 №НШ 1
у-
. ;. ■' '.•'
7*.- , ,
'М .к ' .'.'':.■<■.•, г, is* !
4*-
Рис. 5.11. Отдельная импульсная помеха (не видна), которая при передаче
частотномодулированного сигнала со скоростью 1200 бит/с ведет к
кратковременному подавлению сигнала данных
Для отдельных методов передачи, которые применяются в
системах передачи данных с различными скоростями, проведены
обширные 'измерения (см. том 2, разд. 7.2 и 7.4), включая, в
частности, измерения, выполненные Почтовым ведомством ФРГ при
передаче в перв.ичной полосе частот [5.14, 5.15]. Только такие
трудоемкие измерения обеспечивают сравнение отдельных
методов передачи в отношении влияния реальных .помех.
5.3. КОРРЕКЦИЯ ПРИНИМАЕМОГО СИГНАЛА ДАННЫХ
В разд. 5.2 обсуждалось 'влияние характеристик-канала связи
на передачу сигналов данных. Влияние случайной помехи можно
свести к минимуму ва счет надлежащей частотной
избирательности цепей аппаратуры передачи данных. Характеристики и
свойства каналов связи, практически постоянные во времени, —
частотные характеристики затухания' и ГВЗ, эхо, сдвиг частоты и
периодическое дрожание фазы (джиггер фазы) — ведут к
изменению формы .принимаемого сигнала, а тем самым, в зависимости
от метода и скорости передачи, к более сильной чувствительности
190
к случайным помехам. Изменение формы передаваемого сигнала
при высокой удельной скорости передачи может быть столь
большим, что .и без дополнительных .помех безошибочная передача
окажется уже невозможной. Так как упомянутые выше свойства
канала связи практически постоянны, т. е. очень мало и
медленно изменяются во времени, то их влияние 'можно в
значительной степени 'скомпенсировать путем коррекции принимаемого
сигнала. При этом следует различать коррекцию .принимаемого
аналогового сигнала и коррекцию восстановленного по нему
двоичного сигнала данных.
Прежде чем обсуждать коррекцию аналогового сигнала,
коротко остановимся на коррекции двоичного сигнала данных. Как
видно из рис. 4.42 (ом. разд. 4.4.1), показанный в строке 4
искаженно 'принятый аналоговый сигнал пересекает .пороговый уровень с
временными отклонениями ta\, ..., tat от требуемых точек. Относя
.эти отклонения к требуемой длительности тактового интервала Т,
получаем краевые искажения фронтов импульсов
регенерированного сигнала данных '(строка 6).
В сетях передачи данных без синхронизации соединительный
тракт содержит много- последовательно включенных участков,
которые работают асинхронно (см. том 2, разд. 11.1). Бели
ожидаемые во всем соединительном тракте краевые искажения слишком
велики, то после одного или нескольких участков могут быть
установлены корректоры, которые регенерируют знаки, передаваемые
вместе со стартстопными элементами. Каждый принятый
искаженный знак считьгвается при этом, начиная со стартового элемента,
и неискажеиным передается дальше. Такая коррекция зависит от
окоростм, а во многих случаях — и от знаков.
При синхронной передаче сигнал данных, в принципе,
корректируется. Наряду с тактовыми искажениями сигнала данных, при
синхронной передаче необходимо принимать во внимание и
тактовое дрожание. Тактовым дрожанием (тактовым джиггером)
называют максимальное отклонение тактовых моментов времени от
требуемых, отнесенное к требуемой длительности тактового
интервала Т. Как краевые искажения скорректированного сигнала
данных, так и тактовый джиттер зависят от метода синхронизации
(см. разд. 4.4.1).
Принимаемый аналоговый сигнал данных, показанный на рис.
4.42, имеет такое искажение, .которое еще не приводит к
ошибочному решению. Ошибки в восстановленном двоичном сигнале,
появляющиеся при более значительных искажениях, могут быть
устранены лишь с помощью кодов, обнаруживающих или исправ-
i ляющих ошибки. Их можно также избежать, если корректировать
I уже аналоговый сигнал.
Влияние незначительно и медленно меняющихся во времени
характеристик канала связи на передаваемый сигнал данных осно-
191
вано, главным образам, на изменении с частотой затухания и ГВЗ.
При этом учитывается также и эхо, которое согласно разд. 3.2.2.5
проявляется в периодических колебаниях частотных
характеристик затухания и ГВЗ. В двух .последующих разделах будут
рассмотрены способы уменьшения влияния частотных характеристик
канала за счет коррекции в частотной и временной областях.
Методы уменьшения влияния периодического дрожания фазы
и сдвигов частоты описаны в разд. 5.2.2 и 5.2.3.
5.3.1. КОРРЕКЦИЯ ПРИНИМАЕМОГО СИГНАЛА ДАННЫХ
в частотной области
Ори коррекции принимаемого сигнала в частотной области
основой служат теоретические положения разд. 4.1.1, из которых
вытекает требование постоянства затухания и ГВЗ канала связи
во всей полосе (частот, используемой для .передачи.
В табл. 5.1, строка 3, в качестве примера коррекции
затухания приведена передаточная функция одной простой RC-щтя. Из
ее вида ясно, что в такой цепи от частоты зависит не только
затухание, но и ГВЗ. Это справедливо для всех минимально-фазовых
цепей коррекции затухания, т. е. для таких цепей, которые не
содержат фазовых фильтров, и должно учитываться при расчете
цепей для коррекции ГВЗ.
Частотная характеристика ГВЗ канала связи, напротив,
может быть выравнена независимо от характер истиии затухания с
помощью фазовых (фазовыравнивающих) фильтров [5.16].
Частотные характеристики основных фазовыравнивающих звеньев с
передаточными функциями первого и второго порядков приведены
в первой и второй строках табл. 5.1. Затухание фазового фильтра
— модуль передаточной функции — не зависит От частоты, что
также видно из табл. 5.1.
Способы реализации основных пассивных и активных
фазовыравнивающих звеньев показаны на рис. 5.12. Путем последова-
Рис. 5.12. Реализация
фазового фильтра с
передаточной функцией
второго порядка:
а) с помощью активной
цепи; б) с помощью
пассивной цепи
'тельного включения нескольких таких звеньев через
развязывающие усилители или с помощью цепей высокого порядка можно
приближенно реализовать любую частотную характеристику ГВЗ.
192
Таблица 5.1
Цепи для коррекции затухания и ГВЗ
Цепь
Передаточная функция
U, (p) п (р)
т (со)
ГВЗ
_ d ф (со)
d со
а (со)
Затухание
U* (со) |
С/, (со) |
Фазовый фильтр с
передаточной функцией 1-го порядка
Uz (р) = ср — °1
Ui(p)
P + Oi
Т(Ш)= 2
2aj
Не зависит от со
<5f+fi>2
То же, с функцией 2-го
порядка
= С
Wi(p) '
р«—2а!Р+(о>?+о?)
т(ш) =
p2 + 2 0ip+K+tJ?)
2ах
а 1 + (Щ. — »)2
+
+
2 6x
е^ + к + ш)2
Не зависит от ш
Фильтр верхних частот с
передаточной функцией 1 -го
порядка (реализация в виде
RC-звеяа)
<Л(Р)
ВД)'
P + t7l
Т (£0) = •
0J + £02
Я(Ш):
Кш« + 0?
Таким образом, для коррекции канала связи следует
применять такие цепи, которые выравнивают характеризующие его
зависимости затухания и ГВЗ от частоты с точностью до •некоторой
остаточной погрешности, которая определяется затратами на
реализацию цепи (остаточная погрешность, т. е. отклонение
фактической кривой от требуемой для коррекции ГВЗ, видна, например,
на рис. 5.16а).
В общем случае в месте приема 'корректируются
результирующие характеристики канала связи, составленного из различных
участков, например низкочастотных кабелей, пуииниаированных
кабелей и трактов ВЧ. Для этого используются различные виды
корректоров, работающих в частотной области и описанных в
разд. 5.3.1.1 и 5.3Л.2. Коррекция по отдельным участкам, требую-
щая более высоких
затрат, применяется
только в «екоммутируемых
каналах первичных
групп (см. разд. 3.2.3).
5.3.1.1.
КОМПРОМИССНЫЙ КОРРЕКТОР
го
со
6)
/
/
в)
194
X*
Частота-
\
Для сети передачи
данных или
определенного числа каналов
связи можно получить
усредненные
характеристики затухания и ГВЗ,
а также определить
области их рассеяния.
— Если с помощью
корректора,
соответствующего применяемой
аппаратуре передачи
Сумма среднего данных, обеспечивает-
значения Тм ся ВЬ1равНивание ука-
и ГВЗ компр.
корректора Гк
Рис. 5.13. Коррекция
средней неравномерности ГВЗ с
помощью компромиссного
корректора:
а) среднее ГВЗ; б) ГВЗ
компромиссного корректора;
в) скорректированная
частотная характеристика ГВЗ
занных усредненных характеристик (такой корректор назьшают
компромиссным), то в используемой для передачи полосе частот
остаются неекомпенсированными только неравномерности
затухания 'И ГВЗ в пределах областей рассеяния, как это показано на
рис. 5.13 применительно к ГВЗ.
В качестве примера компромиссной коррекции на рис. 5.14 и
5.15 приведены характеристики ГВЗ и затухания, благоприятные
Рис. 5.14. Затухание
компромиссного
корректора (кривая 1) и
обратная средняя
неравномерность затухания
(кривая 2) в
телефонной сети Почтового
ведомства ФРГ
для передачи по коммутируемым телефонным каналам с помощью
модемов со скоростью 1200 бит/с согласно Рекомендации МККТТ
V.23 [5.17]. Кривые примерно Соответствуют усредненным
частотным характеристикам ГВЗ и затухания (требуемая кривая на
рис. 5.15), измеренным в телефонной сети Почтовото ведомства
Частота —-*-
0,8 1,2 1,6 35. 2,4 2,8 3,2кГи
Рис. 5.15. ГВЗ
компромиссного корректора
(кривая 1) и обратная
средняя
неравномерность ГВЗ (кривая 2)
в телефонной сети
Почтового ведомства ФРГ
ФРГ. Характеристика ГВЗ, приведенная на рис. 5.15, реализуется
с помощью трех фазовых звеньев с передаточными функциями
второго порядка. Показанная на рис. 5.14 характеристика
затухания может быть реализована с помощью RC-эвека. Этот компро-
I миесный корректор обычным способом приспосабливается к ха-
: рактеристикам приемника.
Как следует из разд. 3.2.2, средние значения неравномерности
затухания и ГВЗ в телефонных сетях разных стран различны. При
7* 195
Требуемая
кривая
А
8 кГц
1-
1
-0.1
-0,2
-0,3
-0.4
-0,5
-0,6
-0.7
-0,8
мс
-1,0
....,_ .,,., , ,
1
1
//
_ /'
-~
|^ы—ЧО-~«.
Требуемая
кривая
I i i i i
-ч
\
\\
2\
V
\
\
передаче данных между соседними странами средства 'коррекции
каждой национальной сети можно было бы распределить таким
образом, чтобы в каждом случае в передатчике и приемнике
предусматривалась половина коррекции, необходимой в пределах
данной страны. При международной связи тогда можно было бы
обеспечить компромиссную коррекцию обеих сетей. Если же
страны ,не являются соседними, возникают дополнительные
искажения в промежуточных каналах связи третьих стран.
5.3.1.2. НАСТРАИВАЕМЫЙ ЧАСТОТНЫЙ КОРРЕКТОР
СИГНАЛОВ ДАННЫХ
Если области рассеяния неравномерности затухания и ГВЗ,
остающиеся пооле компромиссной коррекции, слишком велики,
чтобы при определенном методе и заданной скорости передачи
обеспечить достаточно высокое качество связи, следует применять
настраиваемый корректор.
Первая из имеющихся в данном случае возможностей — это
возможность реализовать желаемую коррекцию заданных кривых
затухания и ГВЗ в соответствий с теоретическим требованием
(постоянство затухания и ГВЗ канала связи в используемой для
передачи полосе частот) с помощью некоторого числа отдельных
настраиваемых корректирующих цепей. Этот принцип
иллюстрируется рис. 5.16а, б на примере коррекции заданной кривой ГВЗ.
Зависимости ГВЗ от частоты для отдельных цепей берутся из
табл. 5.1. Форма показанных на рис. 5.166 кривых для фазовырав-
нивающих цепей с передаточными функциями второго порядка
определяется, как следует из табл. 5.1, настройкой двух
параметров —Oi и coi- Из рис. 5.16а видно, что желаемое постоянное ГВЗ
удается получить лишь приближенно. Это приближение можно,
однако, улучшить, увеличив количество отдельных
корректирующих цепей.
Высококачественную коррекцию с помощью отдельных
настраиваемых цепей можно практически обеспечить только для не-
коммути'руемых соединений. Причина этого в том, что, кроме
длительных измерений характеристик затухания и ГВЗ, нет простых
критериев, которые позволили бы произвести настройку
параметров отдельных цепей. Это необходимо пояснить подробнее.
Хотя цепи для коррекции ГВЗ, как уже отмечалось, могут быть
реализованы так, что не вносят неравномерность в затухание,
цепи, обычно применяемые для коррекции затухания, создают
неравномерность ГВЗ. Таким образом, если изменена коррекция
затухания, то должна быть изменена и коррекция ГВЗ. В схемах
для коррекции ГВЗ каждая отдельная цепь оказывает
существенное действие всегда лишь на незначительную часть
корректируемой области частот, даже если ее влияние и распространяется,
196
как видно на рис. 5.166, на всю эту область. Практически
разработанные корректоры затухания и Г.ВЗ телефонных
соединительных трактов с полосой пропускания канала ТЧ содержат около
десяти отдельных цепей [5.18], соответственно велико и число
настраиваемых параметров. Такое значительнае число параметров,
2,0
МС
,1,5
ГВЗ
1,0
0,5
0.5
Желаемая коррекции
Сумма кривых 1 и 2
Кривая 1 —
корректируемая
характеристика ГВЗ
1,0
1,5
Частота -
2,0
2,5
3,0 кГц
ГВЗ
1,5 2,0
Частота—»
3,0 кГц
Рис. 5.16. Коррекция неравномерности ГВЗ (а, кривая 1) с помощью коррек*
тора (б, кривая 2), состоящего из отдельных корректирующих цепей
частично зависящих друг от друга, лишь с большим трудом
можно определить по некоторому критерию на основе принимаемого
сигнала, так 'как при этом всегда учитывается вся полоса частот,
используемая для передачи. Более выгодно вместо этого
рассчитать наиболее благоприятные значения параметров по измеренным
8°-41 . 19.7
характеристикам затухания и ГВЗ, например, с помощью ЭВМ
[5.19].
Настраиваемые корректоры описанного типа применяются
организациями связи, прежде всего, для уменьшения искажений в
некоммутируемых соединениях с полосой ТЧ до таких допустимых
значений неравномерности затухания и ГВЗ, которые
предусмотрены Рекомендацией МККТТ МЛ 02 [6.20] (см. разд. 3.2.2) для
телефонных соединительных трактов особого качества.
■Преимущество описанного выше способа реализации
настраиваемых корректоров заключается в том, что он обеспечивает
аппроксимацию кривой практически любой формы. Для отдельных
типов каналов ближней и дальней связи — низкочастотных и пу-
шшизированных кабелей и каналов ВЧ, входящих в состав
телефонных соединительных трактов с полосой ТЧ, — частотные
характеристики затихания и ГВЗ т основном известны (см. разд. 3).
Это позволяет строить переключаемые по ступеням корректоры,
которые корректируют определенное число участков ВЧ тракта
или путшнизированных и 'непупиниэированных кабельных линий.
После ступенчатой коррекции остается некоторая погрешность,
которую можно уменьшить путем дополнительного точного
выравнивания.
Пример такого рода корректора и реализуемых с его помощью
кривых ГВЗ и затухания показан на рис. 5.17 [5.21].
В-рассматриваемом случае обеспечивается коррекция канала ТЧ, при
которой возможна передача со скоростью 4800 бит/с [5.22] (см.
разд. 7.4). Таким устройством не могут 'быть скорректированы
только особо длинные средне- и тяжелонупинизиров-анные кабели.
Это, однако, не имеет -практичеокого значения, так как указанные
кабели все равно непригодны для быстрой передачи данных из-за
их слишком низкой верхней граничной частоты (см. разд. 3.1.3).
Преимущество рассмотренного типа корректоров состоит в про-
-стоте их обслуживания. Для составных телефонных трактов при
настройке корректора должны задаваться только три параметра:
число участков ВЧ тракта, длина пупинизированного кабеля и
длина низкочастотного кабеля (абонентских линий). Коррекция
осуществляется во всей полосе частот, необходимой для передачи.
Для настройки корректоров выбираются некоторые критерии,
подробно, рассматриваемые, в следующем разделе. Соответствующий
критерию сигнал выделяется из принимаемого сигнала. В
приемниках аппаратуры передачи данных, которые (три
подразумевающейся едесь высокой удельной скорости передачи) всегда
работают синхронно, эти критерии могут быть выведены
непосредственно из глазковой диаграммы. Поэтому настраиваемый корректор
относится к-приемнику. Для настройки корректора должна быть
таЗслана достаточно длинная псевдослучайная двоичная
последовательность (нагфим'ер, сформированная с помощью скремблера —
198
Корректор
затухания
Корректор
ГВЗ ВЧтракта
Корректор ГВЗ
пупинизированных
линий
Точная
подстройка
коррекции
затухания и ГВЗ
рис. 5.17. Многозвенный настраиваемый корректор неравномерности затухания
и ГВЗ (а) и его характеристики (б)
см. разд. 4.4.1), чтобы энергия была равномерно распределена по
всей используемой для .передачи -полосе частот и в значительной
степени независимо от передаваемой последовательности данных
был обеспечен синхронизм между сигналом данных и тактовым
сигналом. Если бы .последовательность состояла из небольшого
числа символов, то она имела бы линейчатый спектр с малым чис-
. лом спектральных линий в используемой полосе частот и момент
отсчета был бы благоприятным только для двоичной
последовательности частного вида, так что настройка корректора в расчете
на произвольную последовательность данных оказалась бы невоз-
' можной.
5.3.2. КОРРЕКЦИЯ ПРИНИМАЕМОГО СИГНАЛА ДАННЫХ
ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ '
Требование постоянства затухания и ГВЗ канала связи, как
показано в предыдущем разделе, можно выполнить за счет
коррекции принимаемого сигнала в частотной области лишь прибли-
•женно. Какая часть используемой для передачи полосы частот
должна быть скорректирована особенно хорошо, а в какой части
. имеет место отклонение от теоретических требований и в каких
пределах оно допустимо, можно установить только по передавае-
' мому сигналу путем расчетов, .моделирования системы связи на
■ЭВМ или путем измерений.
| При .методах передачи, которые предъявляют высокие
требования к коррекции канала связи, более выгодно минимизировать в
I процессе коррекции не только неравномерность частотных харак-
: теристик затухания и ГВЗ, но и отклонения основных параметров
i принимаемого сигнала от требуемых значений во временной
области.
Особые требования к качеству коррекции канала связи возни-
: кают только при высоких удельных скоростях передачи. В этом
случае используются синхронные методы передачи, при которых в
приемнике аппаратуры передачи данных имеется синхросигнал,
: определяющий моменты отсчета. Поэтому в качестве критерия
; коррекции канала связи может использоваться отклонение, кото-
; рое имеет в моменты отсчета принимаемый сигнал по отношению
• к требуемым значениям. Эта погрешность складывается из откло-
| нения, которое имеет сам искаженный передаваемый импульс в
' момент отсчета, и из нежелательного вклада от всех соседних ис-
; каженных импульсов в этот же момент времени (межсимвольной
интерференции). Для наглядности на рис. 5.1 уже был показан
отдельный искаженный импульс, а на рис. 5.2 — наложение со-
■ седних импульсов, образующее глазковую диаграмму. Чтобы до-
i етигнуть качества передачи, возможно более близкого к качеству
передачи без влияния, канала связи, путем коррекции.канала не-
290
обходимо свести к минимуму пиковое, абсолютное или среднее
значение 'квадрата указанной погрешности в определенном числе
отсчетных точек.
Этот критерий настройки, выведенный из глазковой
диаграммы, если число регулируемых параметров не слишком велико, т. е.
если требования к точности коррекции не слишком высоки (см.
разд. 5.3.1.2), может быть использован также для ручной
настройки корректора в частотной области. Однако при высоких
требованиях к коррекции канала связи затраты времени на ручную
настройку корректирующих -цепей слишком велики. Хотя коррекцию
в частотной области можно 'было бы осуществлять и
автоматически, однако и iB этом случае затраты и время настройки были бы
слишком большими, поэтому автоматические корректоры обычно
работают во временной области.
В следующем разделе эти корректоры и способы их настройки
рассматриваются более подробно. Затем будет исследовано, как
быстро может быть настроен корректор во временной области и
при каких условиях обеспечена устойчивость настройки.
Рассуждения, проведенные для двоичных сигналов, конечно, применимы
и к многопозиционным сигналам.
S.3.2.I. СТРУКТУРА КОРРЕКТОРА ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ
Прежде чем обсуждать в деталях возможности реализации и
свойства рассматриваемого корректора, необходимо пояснить
вначале, как можно реализовать желаемую передаточную функцию с
помощью линии задержки с отводами. Такого рода линия
задержки, схематически изображенная на рис. 5.20, называется трансвер-
сальным фильтром. Звенья задержки должны создавать
запаздывание аналогового сигнала. Это может осуществляться либо с
помощью комбинации фазовых фильтров, которые создают
желаемую задержку равномерно во всей интересующей и ас 'полосе
частот, либо путем дискретизации поступающего аналогового
сигнала, после которой отсчетные значения запоминаются и
сдвигаются с тактовым интервалам т, достаточно коротким, чтобы
удовлетворять теореме отсчетов (см. разд. 2.2.2). При синхронных
методах передачи в качестве тактового сигнала сдвига, как правило,
используется синхросигнал, имеющийся в приемнике.
Отсчеты и процесс их запоминания с интервалом времени Т
показаны на рис. 5.18 для неискаженного импульса x(t) и
искаженного импульса f(t). Дискретизация и запоминание могут
осуществляться с помощью звена выборки и фиксации (одна из
возможностей показана на рис. 5.19). Если ключ 5i первого звена
выборки и фиксации замкнут, то конденсатор С заряжается в
соответствии с входным напряжением — значением отсчета.- Заряд
происходит с постоянной времени R2C. Если ключ Si разомкнут,
201
то на напряжение конденсатора оказывает влияние только
входное сопротивление усилителя, действие которого ,в общем
незначительно, поэтому приложенное ранее через замкнутый ключ St
входное напряжение (значение
!
f(t)
^
4./1NS-
некоторое время
■О1"--1
-3-2-1 0 1 2 3 4 5
«Л
Ж /м
Вр^мя - —=_
Рис. 5.18. Отсчеты импульсов:
x(t)—неискаженный импульс;
искаженный импульс
№-
отсчета) на
сохраняется.
Для звена задержки нужны
два звена выборки и фиксации,
как это показано на рис. 5.19а.
Временная диаграмма работы
ключей St и S2 показана на
рис. 5.196. Пусть в момент t0
ключ S[ разомкнут,
следовательно, значение отсчета
хранится в первом звене; ключ S2
замкнут и конденсатор второго
звена, таким образом,
заряжается также в соответствии со
значением отсчета. Если затем
разомкнуть ключ S2, то это
значение отсчета сохраняется во втором звене. Если теперь замкнуть
ключ Si, то можно снять с предыдущего звена задержки новый
отсчет, а^ из второго звена выборки и фиксации передать
зафиксированный там отсчет в следующее звено задержки. Если разомкнуть
затем ключ Sb то новое значение отсчета сохраняется в первом
звене выборки и фиксации; если замкнуть ключ S2, то это новое
значение запоминается также и во втором звене выборки и фиксации.
Следовательно, в момент t2 оба состояния становятся такими же,
как в момент t0- Этот процесс можно периодически повторять. При
этом предполагается, что постоянная времени первого звена
выборки и фиксации R2C достаточно мала для того, чтобы за время, в
течение которого замкнут ключ Su с пренебрежимо малой
погрешностью принять отсчет от предыдущего звена задержки. Кроме того,
входные параметры усилителей должны быть выбраны такими,
чтобы напряжение на конденсаторе С в течение времени запоминания
существенно не снижалось.
Так как в описанной схеме осуществляется сдвиг отсчетов
аналогового сигнала, то в этом случае обычно говорят об аналоговом
регистре сдвига или, в переводе из американской литературы, о
«многозвенной ячейке памяти» (bucket-brigade).
Кроме рассмотренных ранее видов трансверсальных фильтров
имеются и другие аналогичные схемы, .которые частично работают
также с внутренней обратной связью. В таком случае говорят о
рекурсивных фильтрах. При этом, как правило, осуществляется
квантование сигнала, т. е. приведение в соответствие аналоговому
сигналу дискретных ступеней с тем, чтобы подавить склонность
202
системы с обратной связью к самовозбуждению. На рис. 5.24
показан такого рода рекурсивный фильтр с квантованной обратной
связью, применяемый в качестве корректора. В [5.23] 'приведен
обзор имеющихся возможностей, а в разд. 5.3.2.4 .подробнее
говорится об этом способе реализации корректора во временной
области.
1 Г*
а)
1-е звено выборки
и фиксации
2-е звено выборки
и фиксации
UIZZOI
, разомкнут
. «амкнут
разомкнут
замкнут
Ключ Ь.|
Ключ S.,
б)
Время
Рис. 5.19. Звено задержки, выполненное на основе двух звеньев выборки и
фиксации:
«) принципиальная схема; б) временная диаграмма состояний ключей St и S2
Передаточная функция фильтра, показанного на рис. 5.20',
согласно [5.1], имеет вид
Е
С™ е
—ivcot
Путем подбора коэффициентов cv можно реализовать практически
любую передаточную функцию. Существенным преимуществом
такого трансверсального фильтра по сравнению с LC-фильтрами
является то, что автоматическое изменение коэффициентов cv
трансверсального фильтра реализуется гораздо проще, чем
изменение значений L или С. Бели выбрать достаточно длинную
линию задержки, то путем подбора коэффициентов cv можно скор-
203
рекшровать любой канал с точностью до некоторой допустимой
погрешности.
Для бесконечно длинной линии задержки необходимое для
коррекции значение каждого 'Коэффициента .можно- рассчитать
непосредственно по желаемой передаточной функции. Это означает,
Вход
<ui>
si,-
т
-N
si-
т
1
si.
т
э
si.
т
1
ч,м
© © © © ©
S;- 2 Ccsi,i»
Рыс. 5.20. Трансверсальный корректирующий фильтр на основе звеньев
задержки на время т
что характеристики затухания и ГВЗ канала связи могут быть
скорректированы идеально, без остаточной погрешности; при этом
исчезает и остаточная погрешность во временной области, импульс
корректируется идеально. Однако бесконечно длинная линия
задержки вербализуема. 'Поэтому рассмотрим только процесс
коррекции с трансверсальны'м фильтром конечной длины (рис. 5.21).
'Отсчет импульса, .который несет 'Информацию и играет
решающую роль для коррекции (три достаточно малых колебаниях в
начале и в конце импульса это наибольшее из отсчетных значений),
назовем здесь кратко — главным значением. Момент времени i=
= t/T .выбра'н на рис. 5.21 так, что в этот мо'мент .главное значение
ум-ножается на коэффициент с0. Если импульс не искажен, то
Со= 1 и главное значение без изменения имеется на выходе транс-
версального фильтра. Все остальные коэффициенты cv[vфO)
должны быть раины нулю, так как в противном случае главное
значение после прохождения через трансверсальный фильтр
создавало бы на его выходе в моменты i^t/ТфО дополнительную
реакцию, соответствующую .колебаниям в начале и ко'нце
импульса, которых, однако, здесь, при принятом допущении о
неискаженном импульсе на входе, нет.
204
В .примере на рис. 5.21 показаны отсчеты s{ v, взятые с
коэффициентами cv для случая, когда через трансверсальный фильтр
(см. рис. 5.20) проходят отсчеты искаженного импульса (строка
1). Соответственно в качестве требуемого значения принимается
главное значение искаженного иМйульса, и, таким образом, коэф-
0.75
0.5
0.25
0
-0,25
-Ч
1 -е конечное
колебание
пг
Принимаемый'искаженный
сигнал
- sir2
0.25 р
-С.25
-2si-2(c-2=-°'25>
1.0
0,75
0.5
0,25
0
-0,25
-3-2 |_
01
U
4 5
c-2si,-2<c-2=0-2S>
Vsi,o <со=1>
cl'si,i <с1=-0,25)
0,25
Т
oL.
Л-Т-П~и- C2Si-2 (С2=°-25)
Выходной
скорректированный
сигнал
Время i=-
Рис. 5.21. Коррекция принимаемого сигнала s,-,-2 с тактовым интервалом Т с
помощью трансверсального корректирующего фильтра по рис. 5.20 (N—2,
М=2, т=7').
Индекс i обозначает момент отсчета; в момент ё=0 берется главное значение с
коэффициентом с0
. . 205
фи'циент Со должен 'быть равен единице. Другие коэффициенты
выбираются так, чтобы начальное ,и конечное -колебания в тот
момент, когда они отсчитаваются с коэффициентом с0, 'были
скомпенсированы главным значением, взятым с соответствующим
коэффициентом cv. Например, если первое конечное колебамие с
отсчетным значением Sj=0,25 взято с коэффициентом со=1
(строка 4), то главное значение, чтобы получить на выходе сумму
обеих реакций равной нулю, нужно веять с коэффициентом с\ —
=—0,25 ('строка 5). Поскольку, однако, остальные коэффициенты
Qv (v=t^0,1), чтобы компенсировать другие колебания искаженного
импульса, также должны быть отличными от нуля, то они тоже
создают вклад в реакцию в .рассматриваемый момент времени
(строки 3 « 6). Поэтому в результате достигается, как это видно
по отсчетам скорректированного выходного сигнала на рис. 5.21
(строка 7), лшцъ уменьшение вклада от амплитуд начальных и
конечных колебаний (сравните строки 7 и 1).
Конечно, дополнительно (появляются еще и такие начальные и
конечные колебания, .которых нет в искаженном импульсе.
Возникающая остаточная погрешность зависит от длины линии
задержки. Но так как длина линии задержки ограничивается только
практическими соображениями, связанными, например, с
неизбежной неточностью значений коэффициентов cv, то необходимо
теперь обсудить вопрос, какими установить коэффициенты трансвер-
сального фильтра, чтобы сделать остаточную погрешность
возможно меньше.
5.3.2.2. КРИТЕРИИ НАСТРОЙКИ КОРРЕКТОРА ВО ВРЕМЕННОЙ
ОБЛАСТИ
В качестве признака искажений :в канале связи рассматривают
отклонения от требуемых значений, которые имеет принимаемый
сигнал данных в моменты отсчета. С точки зрения установки
коэффициентов трансверсального фильтра это означает, что
указанная погрешность, т. е. отклонение значения рассматриваемого
импульса в определенный момент отсчета от требуемого значения,
и вклады от соседних импульсов в этот же момент времени
(межсимвольная интерференция) должны быть сведены к минимуму.
Эта погрешность имеет, однако, иной статистический характер,
чем постоянные во времени погрешности от затухания и ГВЗ, так
как зависит не только от .способа кодирования и формирования
импульсов передаваемого сигнала и свойств канала связи, но и от
передаваемой двоичной последовательности. Достаточно полно
характеризует корректируемый канал связи функция
распределения этой погрешности. Пака погрешность мала, она не ведет к
ошибкам в приеме символов. Ее распределение, однако, трудно
поддается как математическому, так и экспериментальному
определению, поэтому она не может служить критерием настройки..
206 . . .
. Напротив, максимальное и среднеквадратическое значения
отклонения от требуемых значений, которые принимаемый сигнал
должен .иметь в точках отсчета, доступны измерению. Поэтому
эти две величины в основном и используются для автоматической
настройки корректоров, т. е. с учетом поставленной задачи и
затрат с помощью корректора минимизируется либо тиковое значение
отклонения от требуемого значения (в американской литературе
это называют «минимизацией пиковых искажений» или
«алгоритмом установки .на нуль»), либо делают возможно меньшим
среднеквадратическое отклонение от требуемого значения
(«минимизация среднеквадратичеекой ошибки»). Оба способа настройки
имеют ряд' модификаций, разработанных с целью обеспечения
достаточно эффективной коррекции с минимальными затратами. На- ■
стройка корректора зависит от того, какой из двух .перечисленных
критериев отклонения использован.
Минимизация максимального отклонения от требуемого
значения особенно подробно исследована Лаки [5.1, 5.24]. Она
обладает следующими основными свойствами:
а. Максимальное отклонение от требуемого значения, которое
для функции времени s(t) определяется как функция ошибок
D = -L^]sn\ = D(cv), (5.3)
пфО
где sn — отсчеты функции в моменты 1ф{) и s0 — главное
значение функции в момент ^=0, есть выпуклая функция
коэффициентов трансверсального фильтра cv; функция D имеет один и только
один минимум.
б. Благодаря коррекции ов функции времени на выходе
корректора появляются нули во всех точках отсчета, кроме той, что
соответствует главному значению импульса. Эти нули возникают в
области выборки корректора; имеющиеся ранее отклонения от
требуемых значений с уменьшенной амплитудой сдвигаются в
точки отсчета, более удаленные от главного значения импульса So
(что видно также и из рис. 5.21), если только выполнено
следующее условие (в).
в. Сходимость процесса коррекции обеспечена, если главное
значение импульса s0 больше суммы вкладов всех прочих отсчет-
ных значений: «глазок», отвечающий поступающему сигналу, не
должен быть закрытым.
Корректоры, работающие по такому принципу, реализуются
просто и дают удовлетворительные результаты [5.1].
Поскольку в силу статистических свойств передаваемого
текста максимальное значение отклонения встречается весьма редко,
■минимизация этого значения является далеко не единственным
207
разумным критерием наиболее благоприятной настройки
корректора. Более того, минимизация среднеквадратического отклонения
ст требуемого значения (правда, во многих случаях менее
выгодная в отношении реализации) часто дает более благоприятные
результаты. Вместо заданной в (5.3) функции D в данном случае
необходимо сводить к .минимуму функцию
0 п+0
где sn — как и в (5.3), отсчет в момент tn.
Оптимальные значения коэффициентов cv. которые должны
устанавливаться при настройке, могут определяться как решение
некоторой системы линейных уравнений [5.1]. При малых
искажениях Sn «Cs0 для ф,фО, .коэффициенты получаются примерно
такими же, как и 'при минимизации максимального отклонения от
требуемого значения. Однако при более сильных искажениях
минимизация среднеквадратической погрешности обладает
преимуществами. ■Сходимость такого процесса коррекции возможна и тогда,
когда в .принимаемом сигнале имеются искажения, для которых
D~>[ (сравните с указанным выше требованием «в»). Сходимость
не гарантируется лишь в том случае, если искажения так велики,
что фактическая погрешность .принимаемого сигнала уже не
может определяться путем сравнения с известным на приеме
требуемым значением достаточно часто, так как появляется слишком
много ошибочных решений. Единичные ошибочные решения не
оказывают влияния, поскольку они не вносят существенных
изменений в среднее значение погрешности. Кроме того, при
минимизации среднеквадратического отклонения удается избежать сдвига
погрешности сигнала данных из области выборки корректора, о
чем говорилось выше, .в .пункте «б».
До последнего времени применению настройки по критерию
среднеквадратической погрешности часто препятствовали более
высокие затраты при ее реализации по сравнению с настройкой по
другим критериям, однако в настоящее время благодаря
использованию интегральных микросхем удается снизить эти затраты.
Поэтому такая настройка теперь применяется все чаще. Пример
схемы, с помощью которой может быть минимизирована средне-
квадратичеекая погрешность, показан на рис. 5.22 и будет
пояснен ниже.
5.3.2.3. АВТОМАТИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА ТРАНСВЕРСАЛЬНОГО
КОРРЕКТИРУЮЩЕГО ФИЛЬТРА
■ В этом разделе будет показано, как можно автоматически
настраивать коэффициенты корректора практически оптимально
[5.25]. Для решения этой задачи целесообразно обратиться к ма-
208
тематическим методам поиска минимума функции многих
'переменных. Наиболее известный из них — градиентный метод. При
использовании этого метода определяются частные (производные
минимизируемой фунции по каждой переменной. 'При расчете жор-
ректора с функцией ошибок F получают, таким обрааом,
выражения dFjdcv. Образованный из 'них градиент функции
■v=i
указывает направление наиболее 'сильного возрастания функции
V, .где Av — единичный вектор v-й координатной оси в п-мерном
■пространстве. Бели при изменении функции -двигаться в направле-
. нии, обратном градиенту, то обеспечивается наиболее сильное
. уменьшение функции. Тогда при достаточно ■ малых шагах в ходе
некоторого итерационного процесса функция 'будет все 'более и
'более приближаться к искомому минимуму. Наконец, когда при
выбранном шаге 'минимум будет пройден, процесс настройки будет
колебаться около точки минимума, причем с тем большим
отклонением, чем больше шаг. Бели шаг выбрать слишком большим, то
первоначальная погрешность снижается лишь незначительно, если
же, напротив, использовать очень малый шаг, то для достижения
минимума потребуется очень много итераций. Между этими
нежелательными крайними случаями имеется некоторое оптимальное
значение шага, которое зависит от вида минимизируемой функции.
У корректора шаг настройки зависит от искажений, т. е. в
конечном счете от характеристик канала связи. 'При этом, как правило,
оптимальное значение шага для разных итераций различно.
■Однако при настройке [Корректора с помощью такого рода
итерационного процесса кроме правильного выбора шага должно
быть выполнено и еще одно условие: выбранная функция ошибок,
Например среднеквадратическое отклонение от требуемого
значения, должна содержать в себе достаточную информацию о
характеристиках корректируемого канала связи. Это отнюдь не
подразумевается само собой. Так, именно при передаче данных могут
появляться такие особые последовательности .битов, которые дают
лишь одну или несколько спектральных линий. Отмеченное
обстоятельство ■приводит к тому, что корректор хотя и очень хорошо
настраивается на передаваемый текст, однако при изменении
текста должен сначала найти новую, возможно, совсем другую
настройку, а до этого может иметь место погрешность. В некоторых
случаях по указанной причине 'процесс настройки корректора
может расходиться. Чтобы устранить отмеченный недостаток,
принимают дополнительные меры к тому, чтобы, по крайней мере, при
начальной настройке корректора спектральные линии были
равномерно распределены -по всей полосе передачи и лежали близко
209
друг от друга. С этой целью .передаются либо отдельные сильно
удаленные друг от друга 'импульсы, либо псевдослучайный текст.
Чтобы избежать перестройки корректора из-за особенностей
передаваемой последовательности также и ,при нормальной передаче,
передаваемые данные часто дополнительно преобразуют в
передатчике в ^псевдослучайную последовательность с помощью
скремблера, а в приемнике вновь восстанавливают их с помощью
дескремблера. Такое преобразование данных в псевдослучайную
последовательность, как .правило, необходимо также .и для того,
чтобы сигнал данных содержал в себе достаточную информацию о
фазе несущей и тактового синхросигнала (см. разд. 4.4.1).
Необходимо обсудить и еще один важный вопрос: как могут
быть определены величины, требуемые для оптимальной
настройки 'коэффициентов корректора.
Разумеется, оувет зависит от выбранного типа корректора.
Детальный анализ для корректора, при .котором минимизируется
максимальное искажение, можно найти <в [5.24]. Настройка
коэффициентов cv для минимизации среднеквадратической
погрешности рассматривается в [5.26] применительно к трансверсально-'
му фильтру. При этом оказывается, что частные производные,
необходимые для настройки корректора, можно непосредственно
получить как взаимную корреляцию между сигналами sv (t) на
отводах трансверсального фильтра и отклонением s(t)—st(t):
-^=[2ls(t)-Si(t)]sv(t)dt,
(5.4)
Вход' к-1
W*>
Решающая
схема
(jcv+l Вь|)<од \ Требуемое
^•p \ янячрмир
Ld\s it)'
значение
s;(t)
e;(t) =
s(t) -Sjlt)
Отклонение от
требуемого значения
s„(t)~ е((1)
Рис. 5.22. Настройка коэффициентов с v трансверсального корректирующего
фильтра по среднеквадратическому отклонению значений рассматриваемых
отсчетов от требуемых
210
где st(t) — требуемое ('неискаженное) значение сигнала- s(tf,
значение сигнала на выходе .корректора. Используя эти
производные, для упомянутой .иыше перестройки коэффициентов в
направлении, обратном градиенту, новые коэффициенты следует
определять по старым в соответствии с формулой
/-нов — Лстар „ "Q
(5.5)
Реализация описанной настройки коэффициентов показана на
рис. 5.22. В .соответствии с (5.4) вначале ,по сигналу s(t) на
выходе корректора с помощью .решающей схемы определяется
требуемое значение st(t), а затем с /помощью дифференциального
усилителя — отклонение от требуемого значения ei(t)=s(t)—Si(t).
Эта ошибка ег умножается «а сигнал sv с v-ro отвода линии
задержки. Так как интегрирование в пределах от ■*=!— оо до оо, как
это требует (5.4), естественно, невыполнимо, то частная
производная определяется
приближенно по достаточно большому чи
слу точек отсчета /:
2=1
10'
,-1
10
,-2
После умножения на
некоторую величину .а согласно
(5.5) получаются сигналы
настройки коэффициентов с*
Чтобы реализация была
простой, величина с обычно
выбирается постоянной. Оценка ее
значения приведена, например,
в [5.26]. Как показано в [5.27,
5.28], путем надлежащего
выбора а при соответствующих
условиях можно существенно
сократить время настройки
корректора.
Влияние различных
значений « на процесс настройки
трансверсального
корректирующего фильтра показано на
рис. 5.23. При слишком малом
■а оптимальная настройка
достигается лишь за длительное
время, а слишком большое зна-
ю~
скп
10"
ю
-5
а=0,Б
^
а=0,1
1 а=0,2
ч^1=0.3
Ха=0,4
О 200 400 600
Число передаваемых битов —
800..
Рис. 5.23. Сходимость настройки-
трансверсалыюго корректирующего
фильтра при различных значениях
коэффициента шага а (см. рис. 5.22).
Период использованной
квазислучайной двоичной последовательности —
150 битов, время интегрирования —
50 отсчетов
211
чение а может привести к расходимости процесса настройки.
Практически это означает, что коэффициенты корректора, по крайней
мере их часть, установятся на конечные значения диапазона их
изменения.
Рис. 5.24. Рекурсивный корректор (с
квантованной обратной связью)
5.3.2.4. РЕКУРСИВНЫЙ КОРРЕКТОР
С точки зрения затрат особый интерес .представляют
рекурсивные корректоры, у которых часто меньшие затраты сочетаются с
улучшенными свойствами. Структурная схема такого корректора
показана 'на рис. 5.24. Преимущество этого корректора «вязано с
тем, что сигнал сначала пода-
Вь1ХОД м ется «а квантователь,
осуществляющий дискретизацию
непрерывного сигнала по уров-
i.M ею, после чего в качестве
линии задержми можно
использовать цифровую линию
задержки, реализация которой
существенно 'Проще по
сравнению с аналоговой. Кроме того,
с малым числом значений
квантованного сигнала (гири
двоичной передаче их всего
'лишь два) намного легче
проводить вычислительные операции при настройке
коэффициентов. Правда, с помощью рекурсивного корректора с входным
усилителем, охваченным обратной связью, можно корректировать
только конечные колебания сигнала, т. е. нежелательные части
сигнала, которые следуют во времени за .главным значением
импульса, как показано на рис. 5.26. При этом, однако, существенно,
что все конечные колебания, которые лежат в области захвата
корректора, могут 'быть скорректированы без остаточной
погрешности, что в равной степени видно и из рис. 5.25. Для того чтобы
можно было скорректировать также и начальное колебание, перед
рекурсивным корректором включают трансверсальный
корректирующий фильтр специально для начального колебания (рис. 5.26).
Из-за использования квантованной обратной связи
рекурсивные корректоры имеют один недостаток, касающийся области, о
которой еще ничего не говорилось. Наряду с межсимвольной
интерференцией, в сигнал вносит искажения также шум, что может
привести, в особенности при низком отношении сигнал/шум, к
ошибочному решению, а тем самым и к неверной настройке
рекурсивного корректора. Однако практически указанное явление
имеет место редко, так как телефонные соединительные тракты с
212
полосой 'канала ТЧ, как правило, характеризуются достаточно
высоким отношением сигнал/шум. Поэтому в большинстве случаев
влиянием шума на 'Поведение корректора можно пренебречь [5.29].
Поскольку при
использовании
рекурсивных корректоров, в
отличие от трансверсаль-
ных корректирующих
фильтров, речь идет о
нелинейном
преобразовании (вследствие
нелинейности процесса
квантования), то
теоретический анализ в
замкнутой форме
затруднителен. В данном
случае можно с успехом
использовать
'моделирование на ЭВМ, о ко-
тром будет сказано
также в следующем
разделе.
Рис. 5.25. Коррекция
принимаемого сигнала cost с
тактовым интервалом Т с
помощью рекурсивного
корректора по рис. 5.24.
(М=2). Индекс
обозначает момент отсчета; в
момент j=0 берется главное
значение с
коэффициентом Со
5.3.2.5. СХОДИМОСТЬ НАСТРОЙКИ КОРРЕКТОРА
В системах с автоматической коррекцией удовлетворительная
передача возможна, как правило, лишь в том случае, если в
корректоре почти достигается конечная настройка. Под конечной при
этом следует 'понимать такую настройку корректора, при которой
погрешность, выведенная из 'Принимаемого сигнала, не может быть
далее уменьшена. Время, затраченное на настройку, для шередачи
данных потеряно. Это особенно мешает передаче тогда, когда
корректор должен часто настраиваться вновь, например, при измене-
213
-0,25
Принимаемый
искаженный сигнал
со si.o<co=1>
Квантованный сигнал
.л
-3-2-1012345
0,25"
О-
-0,25-
и
cfsi,1(cr"°'25)'
0,25г
-0,25 L
1£г
0г5г
И
п
c2si,2 <с2=0'25)
Выходной
скорректированный
сигнал
М
Время i= y .
•rcosi% «vV
НИИ параметров канала связи или при работе в полудуплексном
•режиме. Поэтому стремятся найти методы настройки с особо
быстрой сходимостью. При этом необходимо иметь, в гаиду, что
характер процесса настройки зависит .не только от характеристик
канала связи, «о и от выбранной формы импульсов, а также от
перевход
Коррекция начального j Коррекция конечного колебания |
колебания с помощью
трансверсального
фильтра
с помощью рекурсивного
корректора
Рис. 5.26. Комбинация трансверсального корректирующего фильтра и
рекурсивного корректора: •
Га —время задержки аналоговых звеньев задержки; Td — время задержки
цифровых звеньев задержки
даваемой 'Последовательности битов. Используя методы
оптимизации .шага в направлении перестройки параметров корректора,
можно ^существенно сократить время, затрачиваемое ,на процесс
настройки, то сравнению с тем, 'которое требуется при обычной
реализации [5.27, 5.28]. При такого рода оптимизации
целесообразно учитывать, прежде всего, тот факт, что на практике
изменения параметров канала связи непроизвольны. Говоря о методах
настройки с быстрой сходимостью, необходимо различать,
пригодны^ ли они лишь для настройки корректора с помощью
специальной 'Последовательности битов или же могут обеюпечить также и
текущее согласование с меняющимися параметрами канала связи.
Наконец, имеется еще ряд других интересных методов, свойства
и возможности реализации которых, однако, исследованы пока
недостаточно [5.30—5.32].
При всех методах важное значение имеют (Применяемые для
настройки корректора 'последовательности битов. Как уже было
отмечено в^ разд. 5.3.1.2, при обсуждении настройки корректора в
частотной области не могут использоваться периодические
последовательности битов, которые имеют лишь небольшое число
спектральных линий в отведенной для передачи полосе частот. Во
временной области это равнозначно межсимвольной интерференции
применяемых импульсов, которая справедлива только для спе-
214
циальной последовательности битов; на основе выводимой отсюда
ошибки она ведет к специальной настройке корректора, которая
не может быть наиболее благоприятной для произвольной
последовательности битов. Поэтому для настройки корректора
необходимо 'Применять периодически повторяемые с большим
интервалом импульсы или псевдослучайную последовательность (см.
разд. 4.4.1), Которые имеют достаточно много спектральных линий
в важной для передачи полосе частот и тем самым во временной
области ведут к такому взаимному наложению импульсов,
которое позволяет выделить сигнал ошибки, обеспечивающий
настройку корректора, благоприятную для произвольной
последовательности битов.
Влияние различных параметров корректора на процесс его
настройки можно с успехом исследовать путем моделирования
корректора на ЭВМ. Такое моделирование становится почти
незаменимым, если нужно исследовать практически реализованный или
реализуемый корректор, поскольку с целью уменьшения затрат
часто вносятся существенные отклонения от теоретически
оптимальной схемы и получающиеся при этом структуры и алгоритмы
настройки корректора нередко с трудом поддаются
аналитическому 'исследованию.
На практике адаптивные корректоры в настоящее время
применяются при таких методах передачи, которые обеспечивают
особенно высокую удельную скорость передачи: при амплитудной
модуляции с одной боковой полосой или с частично 'подавленной
боковой полосой, квадратурной амплитудной модуляции и много-
позиционной фазоразностной модуляции. При этих методах
передачи в приемнике необходимо не только корректировать
принимаемый сигнал, но и восстанавливать с высокой точностью фазу
тактового сигнала, а в большинстве случаев также и фазу
несущей (см. разд. 4.4).
Адаптивный корректор можно одновременно использовать и
для'выполнения этих задач [5.32, 5.33]. Однако из-за
длительности выполнения операции корреляции он не может следить за
быстрыми изменениями формы сигнала, например, теми, что
вызваны фазовым дрожанием; поэтому для их компенсации
необходимы дополнительные регулирующие устройства.
5.3.2.6. КОРРЕКТОР ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ
Помимо рассмотренных выше, не зависящих от конкретного
метода передачи свойств адаптивного корректора, при расчете
его параметров необходимо принимать во внимание и
особенности выбранного метода передачи. Поясним это коротко на двух
примерах.
215
Например, парциально кодированные импульсы даже и без
межсимвольной интерференции имеют .несколько отличных от
нуля отсчетов (см. разд. 4.1.5). В силу этого существует
взаимосвязь между настройкой разных коэффициентов cv, так как
следующие друг за другом во времени отсчеты уже не являются
взаимно независимыми, т. е. уже не ортогональны друг к другу;
указанное обстоятельство может вести к колебаниям остаточной
погрешности около ее минимума и существенно замедлить
сходимость процесса настройки [5.28]. Отмеченный недостаток можно'
устранить путем введения в корректор дополнительной ортогона-
лизирующей цепи [5.29], с помощью которой устраняется
взаимосвязь между настройкой разных коэффициентов.
Корректор, при построении рекурсивной части которого
специально учтены требования техники парциальных отсчетов,
подробнее описан в*[5.34].
Еще более всестороннее согласование корректора с методом
передачи 'Необходимо в том случае, если корректируемый канал
связи одновременно используется для передачи двух взаимно
ортогональных сигналов, как, например, 'При 'передаче с
квадратурной амплитудной модуляцией (см. разд. 4.3.1.3). Вследствие
линейных искажений в канале связи ортогональность двух
независимых сигналов нарушается, так что «а 'передачу, наряду с
обычной межсимвольной интерференцией, оказывают влияние
переходные помехи между двумя сигналами. Эти переходные помехи,
однако, можно устранить, направив некоторую, также адаптивно
настраиваемую часть каждого сигнала в другой канал для того,
чтобы она компенсировала переходные помехи. При том, обычно
выполненном условии, что по ортогональным подканалам
передаются сообщения с одинаковыми спектрами, такого рода корректор
[5.35] может быть реализован без существенного повышения
затрат. Соответствующие схемы (рассматриваются в томе 2, разд. 7.2
и 7.3. В разд. 7.4.1.2 тома 2 описан также один специальный
простой автоматический корректор для передачи в первичной-полосе
частот. ЛИ
6. Основы коммутации данных
6.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
КОММУТАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
6.1.1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ
Обмен данными между различными оконечными установками
системы телеобработки данных предполагает, что между этими
установками длительно или на некоторое время установлено сое-
216
□ Оконечная установка'
Ь у^Ч
( J Узел сети
динение [6.1, 6.2]. В простейшем случае между двумя
установками имеется постоянно включенная линия связи, которая
используется исключительно для обмена данными между ними. Такое
соединение называют долговременным *.
Если использовать только долговременные соединения (рис.
6.1а), то с увеличением числа оконечных установок,
обменивающихся данными друг с другом, количество необходимых линий
связи и объем аппаратуры передачи данных -очень быстро
возрастают. Меньших затрат требуют сети передачи данных, в которых
оконечные установки связаны друг с другом через один или
несколько узлов сети (рис.
6.16). Устройства, которые
при этом необходимы
наряду с аппаратурой передачи
данных, называют
устройствами коммутации
(коммутационным оборудованием). В
рамках применяемой здесь
и в разд. 8 второго тома уп
рощенной терминологии мы п . , „
* „ Рис. 6.1. Сеть передачи данных без узлов
будем называть линии меж- (а) и с узлами (£} А у
ду оконечными
установками и узлами сети абонентскими, а линии между узлами сети —
соединительными.
Соединения могут существовать постоянно или
устанавливаться лишь на ограниченное время. В первом случае
распределительные устройства в узлах сети служат исключительно для того,
чтобы обеспечивать постоянное совместное включение многих линий:
сети передачи данных этого типа называются
некоммутируемыми **. Во втором случае в узлах сети осуществляются процессы
коммутации, 'поэтому их называют узлами коммутации, а
соответствующие сети передачи данных — коммутируемыми сетями
(табл. 6.1). Как 'коммутируемые, так и .некоммутируемые сети,
могут связывать между собой две или более оконечных установок.
Если между ними существуют долговременные соединения, то их
называют соответственно соединением «пункт с пунктом», или
многопунктовым соединением.
Упомянутые выше долговременные соединения представляют
собой постоянно включенные соединения типа «пункт с пунктом»;,
получающаяся при этом структура из двух свяеанных друг с
другом оконечных установок является простейшим, крайним случаем
некоммутируемой сети.
* А также некоммутируемым или кроссовым. (Прим. ред.)
** В оригинале используется термин узловая сеть, не получивший
распространения в отечественной литературе. (Прим. ред.)
217
Таблица 6Л
Виды сетей и соединений
Вид сети
Вид соединения
Некоммутируемая
Постоянно включенные
соединения
Двухпунктовое
(«пункт с
пунктом»)
Многопункто-
вое
Коммутируемая
Соединения, устанавливаемые
через узлы коммутации
Между двумя
оконечными
установками
передачи
данных.
Между более
чем двумя
оконечными
установками
передачи данных
Каждый обмен данными между связанными между собой
оконечными установками включает в себя уведомление о том, какая
установка .начинает передачу. Уведомление регламентировано в
рамках процедур управления передачей данных (см., например,
[6.3]). В некоммутируемых сетях существует только такой вид
управления, в коммутируемых к нему добавляются установление
соединения и разъединение оконечных установок: При этом
происходит обмен управляющей информацией .между оконечными
установками и узлами коммутации, а также между узлами
коммутации. Кроме того, чтобы узнать о конце обмена данными или о
желании прервать соединение, необходим контроль за
соединением и после его полного установления (табл. 6.2). Таким
образом, в данном случае задачи устройств коммутации намного
шире, чем в некоммутируемых сетях. Поэтому в разд. 6.1.2—6.1.7
будут рассмотрены только коммутируемые сети.
Таблица 6.2
Фазы установления и разъединения соединения и обмена данными
в коммутируемой сети
Фаза
Обмен управляющей информацией
Обмен данными (в процессе передачи
данных)
■ , И
xzzzzzk.
17777П
Установление со- I Разъединение соедгь
единения нения
Между оконечными установками
Между оконечными установками
и узлами коммутации или между
узлами коммутации
218
Какому виду сетей — некоммутируемым или коммутируемым—-
отдается предпочтение в том или ином случае, зависит не только
от затрат на устройства коммутации, но и от того, как долго (по
сравнению с длительностью обмена данными) длится 'процесс
соединения и разъединения, а также в значительной степени от
стоимости линий между узлами сети, которые в некоторых случаях
должны иметься в распоряжении постоянно, а в других — могут
быть заняты лишь время от времени.
6.1.2. МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ
6.1.2.1. КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ
В системах телеобработки данных в общем случае данные
передаются не только в одном направлении. Простейший способ
организации такой передачи предполагает, что между
участвующими в диалоге оконечными установками организовано прямое
соединение, а каналы и узлы
коммутации допускают дуплексный р,
или полудуплексный режим
работы (см. разд. 2.2.4). Прямое
соединение означает здесь, что не б) Q-
включено никаких
промежуточных устройств, запоминающих со- „ . „ „
«- т-r Рис. 6.2. Соединение двух оконеч-
общение. При этом методе, назы- ных уСТанов0к|
ваемом коммутацией каналов а) с применением коммутации ка-
(рис. 6.2а), данные передаются налов; б) с применением коммута-
через узлы дальше, в принципе, ции сообщений (с помощью комму-
Л ^ s тационных и запоминающих уст-
без задержки и обработки. ройств)
6.1.2.2. КОММУТАЦИЯ СООБЩЕНИИ
Для функционирования сети передачи данных может
оказаться выгодным, в зависимости от обстоятельств, устанавливать
частичное соединение и передавать данные только по одному участку
канала — от .передающей оконечной установки ,к узлу
коммутации, оттуда при соответствующих условиях далее, 'к следующему
узлу и, наконец, к приемной установке. В узлах коммутации
должно осуществляться 'промежуточное хранение данных, поэтому
между передающей и приемной установками нет прямого
соединения (рис. 6.26). Этот метод называют коммутацией сообщений
[6.2, 5*, 9*, 10*]. В заголовке сообщения как минимум должна
быть указана установка, которой предназначаются данные; это
указание обрабатывается устройством коммутации, т. е.
интерпретируется и в зависимости от обстоятельств изменяется в
соответствии с дальнейшей передачей этих данных.
219
Такой метод за счет более высоких затрат на устройства
коммутации позволяет, прежде всего, лучше использовать линии по
сравнению с коммутацией каналов. Процессы .передачи отдельных
., сообщений .распределяются в пределах имеющегося в
распоряжении времени равномерно, и не может случиться так (как это
бывает в сетях с коммутацией каналов), что часть уже
установленных, соединений должна разъединяться, поскольку на
последующем участке тракта передачи нет свободных каналов. Кроме того,
благодаря .промежуточному хранению данных появляется простая
возможность учесть приоритеты и обеспечить передачу многим
оконечным установкам (циркулярную передачу). Наконец,
важнейшей особенностью является то, что можно простым способом
обеспечить обмен данными между такими оконечными
установками, коды и скорости передачи которых не согласованы
(преобразование кодов и ёкоростей).
В то время как при коммутации с запоминанием сообщения
принимаются и передаются по участкам далее полностью, при
пакетной коммутации передача сообщений между отдельными
узлами сети производится частями — пакетами [6.4]. Эти пакеты
обрабатываются в узлах сети и направляются от узла к узлу с
применением методов
коммутации сообщений. Если
скорость передачи между
узлами велика по сравнению
с той скоростью, с которой
данные передаются к
оконечным установкам, и если
величина пакетов и
возможное время ожидания в узлах
коммутации достаточно
малы, то данные достигают
приемной оконечной
установки лишь с
незначительной задержкой. С точки
зрения временных соотношений
(рис..6.3) пакетная
коммутация занимает
промежуточное место между
коммутацией каналов и обычной
коммутацией сообщений с
запоминанием. Она
обеспечивает хорошее
использование линий связи при незначительной задержке передаваемых
данных (см. том 2, разд. 9.4). Особенно простым
оказывается подключение оконечных установок (главным образом,
аппаратуры обработки данных), которые передают и принимают
220
О-
0-сО-г°
Время
т=-
Коммутация каналов
Пакетная коммутация
_._ Коммутация с запоминанием
1
Рис. 6.3. Временная диаграмма
процесса передачи данных при различных
методах коммутации (при пакетной
коммутации и коммутации с запоминанием
предполагается промежуточное
хранение данных в памяти, а всякое другое
время ожидания не учтено)
данчные непосредственно в форме пакетов. В этом случае узлы
коммутации не должны ни образовывать пакетов, ни снова
объединять эти пакеты в сообщения.
6.1.3. СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ
В узлах с коммутацией .каналов линии в общем случае
соединяются таким образом, что данные могут передаваться
одновременно в обоих направлениях, т. е. устройства коммутации
установлены на дуплексный режим. Однако в особых случаях по
соглашению может устанавливаться другой режим работы,
например симплексный, — при соединении более чем двух оконечных
установок таким образом, что данные принимаются только от
одной из них и передаются всем прочим (циркулярная •передача).
6.1.3.1. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ
Особенно наглядным является вид коммутации, при котором
входящая линия, в дальнейшем кратко называемая вводом * (от
нее устанавливается связь), на все
время соединения постоянно
связывается с одной или
несколькими исходящими линиями —
выводами. На схеме коммутации
с пространственным разделением
каналов (рис. 6.4)
непосредственно изображаются имеющиеся
прямые соединения, и если
соединение устанавливается лишь один
раз, для коммутации данных в
узлах не требуется никаких других
мер, кроме контроля за сигналом,
указывающим конец соединения.
Вводы
1 —
птт:
T--TJ.
т.-к\
т.
~Г-
7z:
Выводы
1
Рис. 6.4. Пример
пространственной коммутации каналов
(соединение ввода 1 и
вывода 2)
6.1.3.2. ВРЕМЕННАЯ КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ
Последовательная коммутация по битам.
Наряду с пространственным разделением 'при коммутации каналов
используется временное разделение [6.5]. Вход и выход в данном
случае соединяются между собой на короткое время;
i * Эти термины мало распространены в отечественной литературе. Однако,
I поскольку в дальнейшем авторы иногда (например, в разд. 6.2.1.1) проводят
различие между входами коммутационной схемы и вводами или
соответственно между ее выходами и выводами, то в переводе сохранены в данном
случае особенности терминологии оригинала. (Прим. ред.)
221
координация связанных друг с другом линий фиксируется в
особом регистре — регистре соединений. В простейшем случае
выявленная на входе при считывании 'позиция 'непосредственно
передается на соответствующий выход (рис. 6.5). Однако
информация со входа может пересылаться на соответствующий выход
и в закодированном виде, что особенно просто осуществить при
передаче данных с помощью
двух различных позиций.
Кроме того, можно
отказаться от регулярного
переключения позиций, полученных
путем считывания, и
производить переключение лишь
при смене позиций. Если в
этом случае при
подключении линии обнаруживается
смена позиции, то ставится
требование переключения;
вместо регулярного
считывания осуществляется
идентификация таких
требований [6.6]. Преимущество
•описанного способа коммутации заключается в том, что
устраняются излишние переключения.
Параллельная коммутация in о группам битов.
Поскольку данные чаще всего 'представляют собой группы битов,
то вместо 'последовательной коммутации отдельных битов можно
осуществлять их параллельную, т. е. одновременную коммутацию.
Для этого на входе коммутационного устройства выполняется
последовательно-параллельное ^преобразование, а на выходе —
параллельно-последовательное; переключение происходит с
разделением но времени. При этом должны быть известны размеры
групп битов и скорость передачи.
Выводы
Рис. 6.5. Пример временной
коммутации каналов (соединение ввода 1 и
вывода 2)
6.1.3.3. ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕТОДОВ КОММУТАЦИИ
С РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ
При перечисленных выше способах коммутации исходят из
того, что соединяемые линии подведены к устройствам коммутации
пространственно разделенными, даже если при передаче
соответствующих сигналов используется" частотное или временное
разделение (см. том 2, разд. 7.4.2). Коммутация с разделением по
частоте до сих пор не применялась по соображениям стоимости..
Однако отдельные каналы линии с временным разделением выгодно
также и коммутировать с разделением по времени. Пример такой
222
коммутационной схемы изображен на рис. 6.6. На входе имеется
М, а на выходе N линий с s каналами каждая. Всего, таким
образом, имеется Ms вводов и Ns выводов. Отрезки времени,
соответствующие каждому каналу, называют временными окнами.
Развертывающее устройство на входе обегает по одному разу каж-
Многоканальные н<™ера каналов
линии на входе 1
1 Регистр соединении
1 ^-„n^-.
М.
-^
Регистр
переключений
Многоканальные
линии на выходе
Рис. 6.6. Пример передачи и коммутации с временным разделением каналов
(соединение ввода 1.1, т. е. канала 1 многоканальной линии 1 с выводом № 2;
рассматриваемый момент времени находится в начале временного окна 1)
дое временное окно, а N развертывающих устройств на выходе —
за один раз s временных окон. Регистр соединений хранит
сведения как о пространственном (номер подсоединения), так и о
временном (номар временного окна) положениях связанных между
собой каналов. Наряду с регистром соединений для устранения
различия в положении временных окон входящей и исходящей
линий ('изменения положения во времени) предусмотрен регистр
переключений.
При описанном способе функционирования также возможны
как параллельная, так и последовательная коммутация битов и
обслуживание входов не только в заданной последовательности,
но и по требованиям (табл. 6.3). Способ, 'предполагающий
фиксированный временной регистр, особенно удобен при синхронной
передаче, однако в данном случае, как и три асинхронной
передаче, применим также спрсоб требований.
Необходимо отметить, что схема, показанная на рис. 6.6,
является лишь одной из многих возможных. Так, не обязательно,
чтобы регистр соединений ставился в соответствие входам; имеются
схемы, которые изменяют положение только во времени 'или тольг
ко в пространстве.
223
Таблица 6.3
Обзор методов временной коммутации каналов
Последовательная
Параллельная
Коммутация
«битов (значащих
позиций)
изменении значащих
позиций между
битами
групп битов
групп битов
■путем регулярного
спроса всех СПЛ
осуществляется
по требованиям со
стороны СПЛ (в
принципе,
нерегулярным) после
появления смены значащей
позиции
путем регулярного
опроса всех ППП
по требованиям
со стороны ППП
(в принципе,
нерегулярным)
после появления
групп битов
Примечание. СПЛ — схема подключения линий; ППП
параллельный преобразователь
последовательно-
Обзор способов коммутации каналов, связанных с различными
методами их разделения при передаче, приведен в табл. 6.4. Так
как всегда следует исходить из того, что линии подведены к узлу
коммутации из пространственно разнесенных пунктов, то нельзя
говорить ни о чисто частотном, ни о чисто временном разделении
Таблица 6.4
Методы коммутации каналов
Разделение при
передаче
На входе схемы
коммутации
каналов
Коммутация
каналов
Пространственное и
частотное разделение
Пространственное
разделение
Пространственное разделение
Пространственная (см. рис. 6.4)
или временная
(см. рис. 6.5)
Пространственное и временное
разделения
Пространственное
и временное раз-'
деление
Временная (см.
рис. 6.6) или
пространственная и
временная
224
на входе коммутационной схемы, речь может идти лишь о
сочетании пространственного и (например) временного разделения.
Б многоступенчатых коммутационных схемах при этом
комбинируются ступени с временным и 'пространственным разделением
[6.7].
6.1.4. СИГНАЛИЗАЦИЯ
Установление и разъединение сеодинений между оконечными
установками и узлами коммутации, а также между соседними
узлами коммутации осуществляются с помощью сигналов
управления. Различные предусмотренные для этого сигналы и
.процедуры образуют систему сигнализации.
6.1.4.1. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ
Системы сигнализации отличаются друг от друга 'Количеством
и формой представления имеющихся сигналов управления,
мерами по обнаружению ошибок, а также скоростью установления и
разъединения соединений. Они должны учитывать возможности
оконечных установок и узлов коммутации и зависят от свойств
каналов, применяемых для сигнализации. В качестве последних
преимущественно используются те же линии, по которым
передаются данные (внутриканальная сигнализация). Однако могут
быть предусмотрены и специальные каналы сигнализации (внека-
нальная сигнализация), которые обслуживают либо отдельные
линии, либо несколько линий в 'качестве некоторых центральных
каналов сигнализации (общеканальная сигнализация).
Наряду с рекомендациями для целого ряда систем
сигнализации телефонных и телеграфных сетей имеются проекты
рекомендаций, а также рекомендация МККТТ [6.8] для одного из типов
сетей передачи данных. Последняя касается сигнализации в
линиях связи. Положения, касающиеся сигнализации в абонентских
линиях, поскольку оконечное оборудование само участвует в
установлении и разъединении соединений (см. том 2, разд. 7.1.3),
являются частью рекомендаций для стыков между оконечным
оборудованием и аппаратурой передачи данных.
6.1.4.2. СИГНАЛЫ УПРАВЛЕНИЯ
Сигналом управления, по которому начинает устанавливаться
соединение, служит вызов, посылаемый оконечной установкой в
узел коммутации, к которому подключена эта установка. Ответом
является сигнал подтверждения вызова. За этими сигналами
управления следуют другие; они приведены в табл. 6.5 в порядке
их следования во времени. В ней указаны сигналы управления,
225
Таблица 6.5
Принципиальная последовательность сигналов управления
при установлении и разъединении соединения
Основные фазы процесса управления
Начало установления
соединения
Вид и значение соединения
9
*
Идентификация (опознание)
Завершение
процесса установления
соединения
Разъединение
соединения, начатое
успешное
безуспешное
вызывающей
установкой
вызываемой
установкой
Направление установления соединения
прямое
Вызов
Знаки класса
обмена, знаки набора
номера, знаки начала
или окончания
набора
Опознавательный
знак вызывающей
оконечной установки
Сигнал переключения
Знак отбоя
Подтверждение
знака отбоя
обратное
Подтверждение
вызова
Знаки требуемого
искания
Подтверждение
приема
Знаки пути,
например индекс страны
при транзитных
соединениях
Опознавательный
знак вызываемой
оконечной установки
Сигнал соединения
Сигнал переключения
Служебные сигналы
Подтверждение знака
отбоя
Знак'отбоя
относящиеся к внутриканальнои сигнализации, причем различают
прямое направление — направление, в котором происходит
процесс установления соединения, и обратное направление. По
каждой 'Из линий, занимаемых друг за другом в ходе установления
■соединения, передается такая 'последовательность сигналов
управления.
226
Следующая за вызовом и подтверждением вызова группа
сигналов управления — это знаки набора номера и знаки класса
обмена. Знаки набора задают цель установления соединения. Знаки
класса обмена содержат указания о пути, по которому должно
устанавливаться соединение (например, «недопустимы отклонения
от прямого пути»), а также о свойствах и категории вызываемой
оконечной установки (например, о ее принадлежности к
некоторой категории абонентов).
Другую группу сигналов управления образуют
опознавательные знаки. В порядке особого обслуживания абонента одной из
оконечных установок могут быть посланы в целях контроля
опознавательные знаки той оконечной установки, с которой она
связана. Наряду с этим, имеются опознавательные знаки, относящиеся
к сети, например цифровое обозначение страны при
международных соединениях; такие знаки представляют интерес лишь для
узла коммутации, а «е для абонента.
Наконец, существуют сигналы управления, которые извещают
о завершении процесса соединения, независимо от того, привел
ли он к успешному установлению соединения (сигнал соединения,
сигнал включения) или прерван без успеха. В последнем случае
служебный сигнал (сигнал занятости) указывает, почему
соединение не могло быть установлено полностью. Служебными
называются все сигналы, которые посылаются из узлов коммутации к
оконечным установкам и служат для более точной информации
абонента например NC (no circuit), если связь не может быть
установлена из-за недостатка свободных линий или устройств
коммутации, в отличие от ОСС (occupied), который передается,
если вызываемая конечная установка занята.
Разъединение соединения начинается с сигнала отбоя, на
который, как и на вызов, поступает ответный сигнал
подтверждения отбоя.
6.1.5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ СОЕДИНЕНИЯ И РАЗЪЕДИНЕНИЯ
Управление процессами соединения и разъединения в узлах
коммутации включает в себя прием, обработку и передачу
сигналов управления, а также выбор и закрепление путей в
коммутируемых цепях и линий в сети передачи данных [6.9].
'6.1.5.1. ПРИЕМ И ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ
Сигналы управления ожидаются или передаются лишь в
течение определенного отрезка времени в процессе соединения.-
Исключение составляет только прием сигналов вызова или отбоя.
Поэтому устройства, предназначенные для приема, хранения или
передачи знаков управления, например регистры, нет необходимости
227
постоянно закреплять за отдельными линиями. Такие устройства,
как и ведущие далее линии, включаются через коммутационную
схему. Подобным же способом вышестоящие устройства
управления могут быть подключены к некоторому меньшему или
большему числу Л.ИНИЙ. Степень этой централизации является важной
характеристикой управления [6.10]. Ярко выраженная
централизация — это одна из предпосылок хорошего использования
имеющихся- устройств управления и цепей коммутации, а также
простого выполнения дополнительных задач (см. разд. 6.1.7).
Особую роль играет прием таких сигналов управления, с
которых начинается процесс соединения или разъединения
(сигналов вызова или отбоя). До тех пор пока линия свободна и прием
вызова по ней вообще возможен, сигнал вызова может поступить
по этой линии в? любой момент времени, или соответственно пока
линия занята, в любой момент в ней возможно появление
сигнала отбоя. Выражение свободная линия означает при этом, что она
не является ни занятой, ни выведенной из строя (например, из-за
помех), а выражение занятая линия — что она занята в процессе
соединения или разъединения или же в процессе связи. Таким
образом, узел коммутации при приеме вызова должен
контролировать все свободные линии, а при приеме сигнала отбоя — все
занятые. Последняя из перечисленных задач называется контролем
соединения. Ее особое значение объясняется тем, что необходимо
отличить сигнал отбоя от сигналов, передаваемых в рамках
обмена данными. Распознавание сигналов вызова и отбоя имеет
особое значение и для оконечных установок.
6.1.5.2. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ПРИ НАБОРЕ НОМЕРА
Знаки набора могут обозначать определенную линию,
подлежащую занятию, (например, в том случае, когда в последнем узле
коммутации, т. е. узле назначения, по знакам набора
определяется вызываемая оконечная установка. Однако часто обработка
знаков набора приводит лишь к указанию пучка линий, которые
ведут к определенной цели, т. е. в определенном направлении, будь
то пучок линий, идущих к следующей коммутационной схеме
внутри узла коммутации, или же пучок
линий к следующему узлу
коммутации, из которых может быть
выбрана любая свободная
линия (свободное искание). Кроме
того, сеть соединительных линий
между узлами коммутации может
быть выполнена так, что узел
Рис. 6.7. Пучки внутри узлов ком- назначения может быть достигнут
мутации и между ними более чем по одному пути: ли-
228
бо по прямому пучку линий, например между узлами коммутации
1 и 3 (рис. 6.7), либо если этот путь занят, по свободному пути,
через узел коммутации 2. Этот процесс выбора называют
управлением направлением обмена. Знаки управления в течение их
приема могут 'использоваться для управления- коммутационной
схемой (непосредственное управление). Однако такие функции,
как, например, управление направлением обмена, предполагают
промежуточное хранение и совместную обработку многих или всех
знаков управления (косвенное управление).
6.1.5.3. ИСКАНИЕ ПУТИ
Простые коммутационные схемы по своей структуре
обеспечивают только один определенный путь между входом и некоторым
выходом. В схемах, которые, в свою очередь, сами состоят из
многих ступеней, напротив, могут задаваться многие пути, поэтому
необходимо особое искание пути. Коммутационную цепь можно
подразделить на ступени искания так, что для установления пути
через одну ступень следует обрабатывать только один знак
набора. Таким образом, прием одного знака набора может
непосредственно вести к управлению коммутационной схемой без учета
того, какой путь еще свободен в следующих ступенях
(ступенчатое искание пути). По сравнению с этим способом сквозное
искание пути (искание «от конца к концу»), при котором, «ак
правило, совместно обрабатываются многие или все знаки набора,
реже ведет к случаям занятости. Сквозное искание пути
предполагает косвенное управление; оно относится к функциям, которые
могут быть реализованы только с помощью
высокопроизводительных централизованных устройств управления.
6.1.6. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ЦЕПЕЙ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ
При рассмотрении способов коммутации каналов были
приведены очень простые схемы (см. рис. 6.4—6.6). С увеличением
числа подключенных линий затраты на реализацию коммутационной
схемы, определяемые применяемым способом коммутации, резко
возрастают. Например, при пространственной коммутации общие
затраты определяются количеством точек соединения, т. е.
произведением числа вводов на число выводов. Его удается уменьшить,
если подразделить цепи коммутации на ступени. Подразделение
может быть обусловлено и методом управления. Так, ступенчатое
искание пути (см. разд. 6.1.5.3) предполагает подразделение на
ступени искания. Эти ступени состоят из комплекса
коммутационных схем, через 'которые осуществляется искание пути.
Задачи, которые ставятся перед коммутационными схемами,
весьма многообразны. Важнейшая из них — это подключение
ведущих далее линий на основе обработки -знаков набора. При этом
с помощью коммутационных схем сообщения распределяются по
2291
группам отводящих линии, идущих в различных направлениях.
Наряду с такими распределительными ступенями имеются
смешивающие ступени, с помощью которых объединяются сообщения,
поступающие с различных направлений или различных групп
подводящих линий. Другие функциональные ступени служат для
того, чтобы концентрировать сообщения, поступающие от оконечных
установок. Дело в том, что абонентские линии часто имеют
небольшой объем обмена (см. разд. 6.2.1). И, наконец, концентра-
Торным ступеням соответствуют разделительные ступени, которые
разделяют сообщения, идущие к оконечным установкам (рис. 6.8).
От узлов
коммутации
К узлам
коммутации
• К.оконечным
• установкам
Рис. 6.8. Функциональная ступень
6.1.7. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ КОММУТАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ
6.1.7.1. ОСОБЫЕ ВИДЫ УСЛУГ
Кроме рассмотренных выше возможностей установления
соединений абонентам коммутируемой сети доплонительно
предоставляются особые виды услуг (ом. том 2, разд. 9.2). Они
обеспечивают процесс установления соединения, отличающийся от
обычного, например искание с применением сокращенного номера
вызова (короткий набор); дают абоненту возможность установить,
с какой из оконечных установок он соединен (с помощью
опознавательного знака, который посылается из узла коммутации, а не
из другой оконечной установки); позволяют ограничить круг
оконечных установок, от которых могут быть установлены
соединения с рассматриваемой установкой, определенной категорией.
Эти особые виды услуг, предоставляемых абонентам, связаны
с расширением задач управления: короткий номер вызова должен
быть преобразован в соответствующий длинный номер; для
идентификации установки, с которой было установлено соединение,
должен быть сформирован и передан опознавательный знак
соединения; допустимость подключения к оконечной установке,
которая принадлежит определенной категории абонентов, должна быть
230
проверена. Эти задачи должны учитываться и в системе
сигнализации, например, короткий набор отличается особыми начальными
знаками, опознавательный знак соединения должен быть запрошен
и получен, принадлежность к некоторой категории абонентов
должна характеризоваться сигналами в рамках знаков класса обмена.
6.1.7.2. ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗКИ
Другой круг задач связан с необходимостью измерения
нагрузки. Точное знание статистических свойств нагрузки может
способствовать наилучшему использованию устройств коммутации и ли--
ний в пределах имеющихся возможностей. Однако, прежде всего,
при возрастании нагрузки необходимо контролировать количество
соединений, которые не могли быть установлены сразу или
вообще не установлены. Кроме того, в сетях общего пользования для
расчета абонентской платы следует учитывать продолжительность
соединений и использование особых видов услуг.
6.1.7.3. КОНТРОЛЬ ЛИНИЙ
Наконец, необходимо контролировать работоспособность
линий, подключенных к узлу коммутации, а также устройств
коммутации, с которыми они соединены. Это осуществляется с помощью
постоянно действующих схем контроля, например контроля
уровня на приеме, путем установления .'Контрольных (тестовых)
соединений (при коммутации сообщений). На линиях дуплексной
связи к устройствам передачи и коммутации может подключаться
шлейф, через который посланные тестовые сигналы возвращаются
назад. Таким способом можно определить работоспособность
линий и устройств коммутации вообще. Если, кроме того,
передавать (по трактам с варьируемой скоростью передачи)
неискаженные или определенным образом предыскаженные
последовательности символов, то анализ принимаемых символов позволит
сделать заключение о свойствах линии связи, а также передающего
и приемного устройства оконечной установки передачи данных или
узла коммутации.
6.2. АНАЛИЗ СИСТЕМ КОММУТАЦИИ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ
ТЕЛЕТРАФИКА *
6.2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
В коммутируемой сети часть требуемых соединений не
устанавливается или устанавливается не сразу преимущественно из-за за-
* Теория телетрафика является разделом теории массового обслуживания
и изучает статистические закономерности, связанные с процессами
обслуживания абонентов в узлах коммутации систем связи [17*, 34*, 6.11]. (Прим. ред.)
231
нятости вызываемой оконечной установки, а также из-за того, что
устройства коммутации по соображениям стоимости не
рассчитываются на полное удовлетворение всех требований при пиковой
нагрузке. Аналогично коммутируемым сетям, ожидание может
иметь место и в некоммутируемой сети, если пропускная
способность линий, подведен'ных к узлу сети, недостаточна. Чтобы найти
оптимальные схемы и характеристики устройств коммутации и
целесообразные режимы их эксплуатации, соответствующие
закономерности изучаются в рамках теории телетрафика [6.11—6.13].
При этом рассматривают коммутационную схему, как некоторую
систему массового обслуживания с одним или многими выводами
или обслуживаемыми элементами, на которую со стороны вводов
поступают требования на обслуживание (заявки), или, как мы
будем их далее проще называть, вызовы (вводом может быть,
например, занятая при поступлении вызова линия или предыдущая
коммутационная схема, а выводом — линия, занимаемая после
вызова, последующая коммутационная схема или центральное
устройство управления).
Процессы вызова или обслуживания сами по себе при таком
рассмотрении интереса не представляют, важны лишь интервалы
между вызовами и длительность занятия. Интервал между
вызовами и длительность занятия служат характеристиками обмена
информацией, осуществляемого коммутационной схемой. Для
него существенную роль играет как структура этой схемы, так и
последовательность, в которой обслуживаются вызовы (дисциплина
обслуживания). Обзор описываемых далее параметров приведен
в табл. 6.6.
6.2.1.1. СТРУКТУРА КОММУТАЦИОННОЙ СХЕМЫ
Пропускная способность коммутационной схемы зависит,
прежде всего, от ее структуры, т. е. от возможности занятия одного из
выводов одним вводом *. В простейших схемах (см. рис. 6.4-—6.6)
каждый ввод может быть связан с каждым выводом. Эти схемы
являются одноступенчатыми, т. е. между вводом—выводом в
каждом случае имеется только одна точка соединения [6.13]. (Это
понятие ступени внутри схемы соединений необходимо отличать
от упомянутого в разд. 6.1.6 'понятия функциональной ступени,
например смешивающей ступени). Такую же простую структуру
имеют коммутаторы (например, многократные соединители), из
которых составляются более сложные коммутационные схемы: от
каждого входа каждый выход может быть достигнут только через
одну точку соединения (рис. 6:9).
* См. сноску на с. 221.
232
Таблица 6.6
Параметры коммутационных схем и нагрузки
Структура коммутационной схемы
Число входящих подгрупп или очередей
Число исходящих линий (вызовов)
Число ступеней
Доступность
постоянная и полная
постоянная, но не полная, например смешивающее включение
зависящая от нагрузки, иа холостом ходу — полная, например, как в
схеме соединительных линий на рис. 6.11
зависящая от нагрузки, неполная также и на холостом ходу
Число мест ожидания
■нет мест ожидания — чистая система с потерями
- ограниченное число мест — комбинированная система с ожиданием и с
потерями
неограниченное число мест — чистая система с ожиданием
Дисциплина обслуживания
Дисциплина внутри очереди-
с учетом или без учета ожидаемой длительности занятия
с различными приоритетами или без различных приоритетов
приоритеты — прерывающие или иепрерывающие, вытесняющие или
невытесняющие
обслуживание при одинаковых приоритетах и без учета ожидаемой
длительности занятия, например
в порядке поступления (пришел первым — обслужен первым)
в случайном порядке
в порядке, обратном поступлению (пришел последним — обслужен
первым)
Дисциплина очередей (межочередная Дисциплина)
Нагрузка
Интервалы между вызовами
не зависимые от состояния, например распределенные экспоненциально
зависимые от состояния, например от числа свободных выводов
Длительность занятия, например,
постоянная
экспоненциально распределенная
Существуют одноступенчатые (однозвенные) коммутационные
схемы, которые 'состоят из расположенных рядом друг с другом
коммутаторов и дополнительной кроссовой схемы' иа выходе —
смешивающей схемы (рис. 6.10) [6.14]. Она необходима в том
случае, когда общее число выходов коммутатора больше числа
выводов, однако в первую очередь она служит для.' повышения
9—41
2,33;
пропускной способности коммутационной схемы: пики нагрузки в
группах вводов в общем случае не совпадают по времени,
поэтому за счет смеш'ивающего включения достигается выравнивание
нагрузки.
Входы
1 _
2 __
1$?-
-Х.Т-
Выходы
Т--Г-;
г 2
~г.
~г_-
~7.
1 I—1-
: m I n
Сокращенное обозначение
Рис. 6.9. Многократный соединитель
включение
Многоступенчатые (многозвенные) коммутационные схемы
состоят из коммутаторов, включенных друг за другом. При этом,
вообще говоря, общее число выходов одной ступени равно числу
промежуточных линий, ведущих к следующей ступени, как
показано на рис. 6.11. Так как иска-
Входящие Выхо^ешива1ощее Выводы НИе пути распространяется На ВСЮ
коммутационную схему, то
промежуточные линии (в отличие от
исходящих, которые ведут к
другой коммутационной схеме)
занимаются только тогда, когда путь
через следующий коммутатор
свободен. Как и одноступенчатые
схемы, промежуточные
соединительные линии могут быть допол-
:подтруппы входы
1
m ■
1
m -
1 —
4
Рис. 6.10.
«хемы
Пример смешивающей нены смешивающей схемой.
Входящие
подгруппы
Отходящие
гпучки
mlb zln
'z 'b
Сокращенное
обозначение
±Г4'
Рис. 6.11. Схема промежуточных линий для
соединения входящих подгрупп (г) с исходящими пучка-
ш (6)
С точки зрения теории телетрафика важнейшим параметром,
характеризующим структуру коммутационной схемы, является'
доступность, определяемая как число k выводов, которые могут
быть проверены со стороны одного ввода на их занятость. Доступ:-
ность называется полной, а доступная в этом смысле группа ли^
ний называется полнодоступной, если количество доступных
выводов равно общему числу выводов в этой группе. Примером
может служить случай схемы, состоящей лишь из одного
коммутатора. Одноступенчатая схема со смешивающим включением имеет
ограниченную доступность, так как с самого начала определенные
выводы недоступны. Доступность при этом постоянна. У
многоступенчатых схем доступность также часто ограничена. Она
зависит от внутренней блокировки, которая состоит в том, что из-за
временной занятости промежуточных линий определенное число
выводов может оказаться недоступным (рис. 6.12). Доступность
у многоступенчатых схем в этом случае является переменной, т. е.
зависит от занятости и тем самым от нагрузки. Она оказывается,
наибольшей, если нет занятости (холостой ход).
Входящие Отходящие
подгруппы пучки
Рис. 6.12. Двухступенчатая коммутационная схема с доступностью на холостом;
ходу ift=4 (по четыре промежуточных линии) и мгновенной доступностью
исходящего пучка 1 для входящей подгруппы 1 (свободны только
промежуточные линии 2 и 4) k=2:
- свободные линии, занятые линии
Состояние занятости коммутационной схемы при полной
доступности в достаточной степени характеризуется числом занятых'
выводов. Напротив, при ограниченной доступности возможность,
закрепить определенную группу вводов за некоторым выводам зат
висит не только от числа занятых выводов, но и от того какие, шз
них заняты, а у схем с промежуточными линиями также и от.то-
го, какие промежуточные линии заняты. Поэтому количестве
различных состояний занятости в этом случае существенно больше.
Структура коммутационной схемы определяет и возможности
9* 235>
ожидания для вызовов, которые не сразу ведут к занятости из-за
того, что все доступные выводы заняты. Если нет возможности
ожидания, то (налицо система обслуживания с потерями. Под
потерей понимается случай, когда вызов отклоняется сразу же при
его поступлении. Из-за ограниченных возможностей ожидания
(ограниченное число мест ожидания или ограниченное
максимальное время ожидания) потери могут иметь место и в системе с
ожиданием. Такие системы более точно 'называют
комбинированными системами с ожиданием и с потерями.
6.2.1.2. ДИСЦИПЛИНА ОБСЛУЖИВАНИЯ
В системе с, потерями без приоритетного регулирования
обслуживания вызов приводит к установлению соединения, если, по
крайней мере, один из доступных выводов свободен; в остальных
случаях вызовы сразу же отклоняются. Этот способ может быть
модифицирован путем введения приоритетов, например
прерывающих приоритетов, таким образом, что при поступлении вызова
с более высоким приоритетом занятость заканчивается досрочно
и тем самым вызов, который привел к этой занятости, из системы
вытесняется. Однако в системах с потерями приоритеты менее
распространены, чем в системах с ожиданием.
В системах с возможностью ожидания могут устанавливаться
прерывающие и непрерывающие приоритеты. Во втором случае
необходимо более точно различать, дают ли приоритеты
основания для вытеснения из очереди вызова низшего приоритета или
Лишь для преимущественного занятия свободных мест в очереди
или освобождающихся выводов. Вытеснение вызова
(преждевременное окончание занятия или вытеснение из очереди) можно
расценивать как потерю.
Так как в системах с ожиданием может быть более одной
очереди, то, наряду с обслуживанием вызовов внутри одной очереди
(дисциплина очереди), необходимо регулировать также
обработку многих очередей (межочередная дисциплина). Примером
обработки многих очередей может служить обработка на основе
присвоения им постоянных (непрерывающих) приоритетов или
циклическая обработка. Однако в дальнейшем будет идти речь только
о дисциплине внутри очереди, т. е. о способе, по которому из
очереди тот или иной вызов выбирается в качестве следующего,
подлежащего обслуживанию. Обслуживание последовательности
поступивших требований предполагает, что эта последовательность
занесена в память. Если от этого отказаться, то выбор вызова
лосле освобождения того или иного вывода зависит от того, как
система ищет или распознает ожидающие вызовы. В этом случае
.часто обслуживание осуществляется в случайном порядке. Поря-
236
док обслуживания можно поставить в зависимость от ожидаемой
длительности занятия; при этом, как правило, вызовам с малой
длительностью занятия оказывается предпочтение.
.6.2.1.3. ОПИСАНИЕ НАГРУЗКИ
Вызовы не поступают в некоторой заранее известной
последовательности, так как заявки абонентов сети передачи данных на
соединения, к которым относятся все рассматриваемые здесь
вызовы, в общем случае взаимно независимы. Кроме того, часто
также и последовательность требований «а соединения одной
определенной оконечной установки заранее точно не задана.
Поэтому поступление вызовов рассматривают как случайный процесс
(поток вызовов). Длительность занятия в общем случае
характеризуется некоторым распределением вероятностей моментов
окончания обслуживания (поток освобождений). Занятия
коммутационной схемы и выводов описываются вероятностями состояний.
Вопрос о вероятностях состояний является первоочередным во
всех исследованиях по теории телетрафика.
Нагрузка коммутационной схемы непостоянна во времени.
Прежде всего, она зависит от времени суток. Однако на протя-
.жении определенного отрезка времени, например часа
наибольшей нагрузки (см. разд. 6.2.4), ее можно считать постоянной.
Важнейшими параметрами нагрузки являются средняя
длительность занятия tm и интенсивность поступающей нагрузки А,
определяемая как среднее число вызовов, поступающих за время tm.
При заданной .интенсивности поступающей нагрузки и средней
длительности занятия та или иная коммутационная схема может
обслужить нагрузку лишь в некотором определенном объеме. Он
характеризуется производительностью У, которая определяется
как среднее число одновременно занятых выводов (исходящих
линий)*. В системе с потерями, если можно пренебречь временем,
затрачиваемым на управление, величина У совпадает со средним
числом Ъ одновременно занятых .выводов. В системе с ожиданием
величина Ъ складывается из производительности У и среднего
числа вызовов w, ожидающих обслуживания.
И, наконец, для описания нагрузки используются понятия
величины нагрузки и интенсивности нагрузки. Величиной
нагрузки ** называют суммарное время занятия на протяжении
некоторого отрезка времени, а интенсивностью нагрузки — величину
нагрузки, отнесевную к длительности рассматриваемого отрезка
(времени. Интенсивность нагрузки безразмерна, однако обычно,
* Эту величину часто называют интенсивностью обслуженной нагрузки,
или загрузкой пучка выводов [1*, 17*]. (Прим. ред.).
** Ее часто называют пропущенной нагрузкой, или просто нагрузкой [6.11,
-17*]. (Прим. ред.).
237
чтобы подчеркнуть, какой параметр характеризует приводимое
числовое значение, указывается в эрлангах (Эрл) (по имени
одного из основоположников теории телетрафика, датского ученого
А. К. Эрланга). Интенсивность нагрузки некоторого вывода
указывает, какую часть времени этот вывод занят. Поэтому
интенсивность нагрузки пучка линий может интерпретироваться как
число в -среднем одновременно занятых в нем исходящих линий.
И, наоборот, производительность У можно интерпретировать как
интенсивность нагрузки А, если при этом всходить из того, что все
вызовы ведут к занятости абонентов.
Распределение интервалов между вызовами.
Один из факторов, определяющих поступление (вызовов, — это
состояние занятости коммутационной схемы. Если вывод занят, то
и вводы в течение этого времени не могут способствовать приему
HoiBOft нагрузки. Однако в простейшем случае интенсивность
поступающей нагрузки считается независимой от состояния
занятости. Это допущение 'оправдано, если число вводов очень велико
по сравнению с числом выводов, например, в концентраторных
ступенях (табл. 6.7,а). Кроме того, часто можно принять, что
вызовы поступают независимо друг от друга. При этом
А = A tm = tm/ta,
где Я — среднее число вызовов в единицу времени (интенсивность
потока вызовов); tai—среднее значение интервала между
вызовами.
При таких часто принимаемых допущениях найдена-
вероятность того, что в течение времени t поступит точно / вызовов. Она
определяется выражением
/>,(г) = Д^е-А<, t>0,
т. е. поступление вызовов образует пуассоновекий процесс. При
j=0 получаем вероятность того, что в течение времени t вообще
не поступает вызовов, а следовательно, .и вероятность того, что ,
■в произвольный момент времени интервал до появления
следующего вызова больше t:
ЛЛ>0 = е-Аг, t>0,
т. е. интервал между вызовами распределен по
экспоненциальному закону.
При ограниченном числе взаимно независимых вводов (табл.
6.7,6) поступление вызовов не является независимым от
существующего занятия. Тогда можно считать постоянной интенсивность
не всего потока вызовов, а только той его части, которая
поступает на каждый свободный ввод. "Интервалы времени, соответст-
238
Таблица 6.7
Типичные виды поступающей: нагрузки
Интенсивность поступающей нагрузки «е
зависит от числа уже имеющихся занятий (при
экспоненциальном распределении интервалов
между вызовами ,и длительности занятия:
случайная нагрузка '1-го рода, т. е. пуассоновская
нагрузка)
Интенсивность поступающей нагрузки
пропорциональна числу свободных вводов (при
экспоненциальном распределении свободного
времени между занятиями и длительности занятия:
случайная нагрузка 2-го рода)
п~
D—*
Интенсивность поступающей нагрузки
постоянна, пока свободен хотя бы один ввод, а в
противном случае равна нулю
Интенсивность поступающей нагрузки
зависит от «агрузки предыдущих коммутационных
схем и вида смешивающего '(неполнодоступного)
включения (иаоример, избыточная нагрузка)
вующие свободному состоянию, распределены при этом
экспоненциально.
Если имеется коммутационная схема, которая принимает
вызовы от предшествующей коммутационной схемы (табл. 6.7,е), то
тогда вызовы и а отдельных вводах не могут '.рассматриваться как
независимые друг от друга. Если, например, предыдущая
коммутационная схема имеет очень много вводов и, следовательно,
постоянную интенсивность потока вызовов, то в рассматриваемой
схеме, 'пока пучок линий между обеими схемами занят «е
полностью, интеноивность следует считать также постоянной. При этом
процесс поступления вызовов по своим статистическим свойствам
занимает промежуточное положение между двумя
.рассмотренными выше случаями.
Гораздо более сильный разброс .имеет интервал между
вызовами при перегрузке, т. е. когда коммутационной схеме от преды-
239
душей коммутационной схемы (передается не вся нагрузка, а с
помощью соответствующей смешивающей схемы в ней объединяются
только (выходы, занятые при пиковой нагрузке (табл. 6.7,г).
Распределение длительности занятия. Длительность занятия,
также как и интервал между вызовами, может быть
распределена по-разному. Для нее также очень часто принимается
допущение об экспоненциальном распределении. Приблизительно
такое распределение может наблюдаться у длительности занятия
линий © сетях с коммутацией каналов. Относительно большая
доля очень малых значений длительности занятия при этом
получается из-за прерываний набора номера или безуспешных
попыток установить соединение. Поскольку при определении средней
длительности соединения безуспешные попытки установления
соединения не учитываются, то средняя длительность соединения в
таких сетях в общем случае больше, чем средняя длительность
занятия, хотя, конечно, при каждом состоявшемся соединии линия
занята в течение большего времени, чем длительность самого
соединения. Если и длительность занятия, и интервал между
вызовами распределены экспоненциально, то говорят о случайной
нагрузке первого рода, или пуассоновской нагрузке, а при
экспоненциальном распределении длительности занятия и свободных
интервалов времени на вводах — о случайной нагрузке второго
рода (табл. 6.7,а и б).
Во многих системах телеобработки данных экспоненциальное
распределение длительности занятия не имеет места даже
приближенно [6.15], например в системах бухгалтерского учета,
оконечные установки которых связаны посредством
некоммутируемой сети с одной или несколькими ЭВМ. В данном случае скорее
следует рассчитывать на постоянную длительность занятия.
Центральное оборудование, например устройства управления в узлах
коммутации, часто также занято в течение постоянного времени.
В общем распределение длительности занятия занимает
промежуточное место между предельным случаем постоянной длительности
занятия и экспоненциальным ее распределением с некоторым
рассеянием между нулем и средним значением tm. ■ Однако может
иметь место и более сильное рассеяние, например, если
небольшая часть соединений имеет существенно большую длительность,
чем все прочие.
6.2.2. СИСТЕМЫ С ПОТЕРЯМИ
В системах с потерями важнейшим показателем пропускной
способности коммутационной схемы является вероятность потерь
B = \A-Y)IA.
240
.Величина А—У, т. е. разность между 'Средним количеством
вызовов, .поступающих за время tm (интенсивностью поступающей
нагрузки), и средним количеством одновременно занятых в это вре-
-мя выводов, есть среднее число вызовов, теряемых за время tm.
Это число — интенсивность потерянной нагрузки — делится на
.интенсивность поступающей нагрузки, в результате чего
получается вероятность потерь. Указание ее значения всегда должно до-
. подняться сведениями о характеристиках рассматриваемой на-
.грузки (интенсивности поступающей нагрузки и ее рода).
Важнейшим примером системы с потерями является
коммутационная схема, которая в сети с коммутацией каналов
располагается в тракте соединения между вызывающей и вызываемой
оконечными установками, а освобождения соединительной линии,
ведущей к следующему узлу коммутации, промежуточной или
отводящей линии в рассматриваемом узле коммутации не
ожидается. Остановимся далее только на простом в математическом
отношении случае, когда длительность занятия имеет
экспоненциальное распределение. Даже если определенная система
телеобработки данных, которая обслуживается сетью передачи данных с
коммутацией каналов, всегда требует соединений с одинаковой
длительностью, то во всей коммутируемой сети следует
рассчитывать на некоторый разброс значений длительности занятия.
6.2.2.1. ПОЛНОДОСТУПНЫЕ СХЕМЫ
Исследования по теории телетрафика, насколько это
возможно, исходят из анализа состояний системы. При полной
доступности важно не то, какие именно выводы заняты, а лишь каково
их количество. Вероятность того, что из п выводов занято точно /,
обозначим Pj. Вызов ведет к потере в том случае, если он
поступает в течение времени, когда все выводы заняты.
При случайном обмене первого рода поступление вызовов
постоянно, т. е. не зависит от состояния системы, поэтому
вероятность потерь совпадает с вероятностью состояния Рп. Таким
образам,
В = Рп,
или, если выразить указанную вероятность через интенсивность
•поступающей нагрузки (рис. 6.13),
п\ U /I
/ 1=0
(формула потерь Эрланга), ГДе А— tm/ta-
Вероятность потерь стремится к 1, если средний интервал
между вызовами ta, или соответственно среднее время h, в течение
241
которого ввод свободен до .нового вызова, стремится к нулю.
Интенсивности поступающей и потерянной нагрузок тогда
'произвольно велики. Средняя нагрузка стремится к числу выводов, т. е. в
предельном случае все выводы по-
0,20г / / ///.„/„„/ стоянно заняты. С другой
стороны, вероятность потерь
обращается в нуль лишь тогда, когда
■ I ////// больше нет поступающей нагруз-
| I / I II ки (если не учитывать случай,
- -- ' I I I I II когда число вводов не превышает
числа выводов).
0.15 -
В 0.10
0.05
0.2
0,4 0,6 0,8Эрл1.0
А
Рис. 6.13. Вероятность потерь В
в функции от интенсивности
поступающей нагрузки, отнесенной
к числу выводов п, при полной
доступности (k=ri) и случайной
нагрузке первого рода для
различных значений я
Полная доступность в одноступенчатой схеме с т вводами и
п выводами означает, что всего имеется тп точек коммутации.
Последнее справедливо и для временной коммутации, например,
в соответствии с рис. 6.5: в т моментов времени имеется но п
точек пространственной коммутации. Однако затраты «а регистр
соединений растут пропорционально числу линий, которые он
обслуживает, следовательно, для схемы рис. 6.5 —
пропорционально числу вводов. Но 'поскольку адреса выводов представлены не
кодом ( ) , а двоичным кодом, то при удвоении числа выводов
V п
адресная кодовая комбинация удлиняется только на один бит.
Поэтому при временной коммутации можно применять
одноступенчатые полнодоступные схемы и при большом количестве
подключенных линий.
6.2.2.2. НЕПОЛНОДОСТУПНЫЕ СХЕМЫ
При неполной доступности вероятность потерь возрастает, так
как к потерям ведут не только те вызовы, которые поступают,
когда все выводы заняты, во и те, которые поступают, когда
свободные выводы недоступны. Это можно особенно просто
сформулировать математически при случайной нагрузке первого рода.
При доступности k, где k<n, для вероятности потерь
справедливо выражение
В=%С,Р, + Рп,
242
где С, — вероятность того, что состояние / (/ выводов занято, т. е.
п—/ выводов свободно) 'не 'Может быть достигнуто «и одним
выводом (вероятность блокировки). Вероятности С,- и Bj при этом
складываются из отдельных вероятностей различных
возможностей того, что / выводов занято. При полной доступности
величина Cj обращается в нуль, таким образом получается приведенное
выше соотношение:
В = Рп.
Простейшая одноступенчатая неполяодоступная схема
является результатом подразделения вводов или соответственно
поступающей нагрузки и выводов на подгруппы с 'Полной доступностью.
При подразделении на z подгрупп требуется в общей сложности
m n _
z ■ — точек коммутации. Однако вероятность потерь сильно
г г
возрастает, так как не происходит выравнивания нагрузки
между подгруппами. На рис. 6.13 приведены графики вероятностей
потерь для больших пучков линий [6.16]; результат действия
подразделения, например, на две -одинаковые подгруппы, виден
•из сравнения вероятности потерь для п и п/2 выводов. При общей
интенсивности поступающей нагрузки, равной 6 Эрл, неполном
пучке из десяти отводящих линий (0,6 Эрл на линию) вероятность
потерь составляет около 4%, а при подразделении на два пучка
по пять линий — около 11%.
В схемах со смешивающими ступенями (см. рис. 6.10)
вероятность потерь меньше, чем при подразделениии на подгруппы.
Однако расчет вероятностей состояний, а тем самым и вероятностей
потерь составляет в данном случае, как и для других неполно-
доступных схем, особую проблему из-за большого числа
различных состояний.
6.2.3. СИСТЕМЫ С ОЖИДАНИЕМ
Определяющим показателем для оценки системы с ожиданием
[6.17, 6.18] является вероятность того, что вызов должен ожидать
обслуживания в течение времени, большего t, т. е. вероятность
превышения P(>i) (в частности, вероятность Р(>0) того, что
вызов вообще должен ожидать обслуживания). Другим важным
показателем часто служит среднее время ожидания для всех
вызовов i*w или же среднее время ожидания обслуживания для
ожидающих вызовов tw.
Два последних показателя связаны между собой соотношением
С=^(>0)+011-Р(>0)]=/шР(>0),
поскольку среднее время ожидания для всех вызовов
складывается из указанных в формуле частей времени ожидания для
ожидающих и неожидающих вызовов.
243
Размеры очереди определяются количеством ожидающих
обслуживания вызовов. Его среднее значение w, само по себе,
конечно, не достаточное для определения размеров очереди,
рассчитывается по среднему числу вызовов, поступающих в единицу
времени, A/tm, и среднему времени ожидания «сех вызовов
(поскольку все вызовы могут ожидать обслуживания сколь угодно
долго и, следовательно, ,ни время ожидания, ни длина очереди не
ограничены),
. -ЦТ
В таком виде соотношение справедливо для совокупности всех
вызовов; если применяются приоритеты, то соответствующее
соотношение справедливо для каждого приоритета /:
В дальнейшем будем исходить из того, что интенсивность
поступающей нагрузки не зависит от состояния и интервалы между
вызовами распределены по экспоненциальному закону.
Рассмотрим вначале схемы с п выводами, а затем такие же схемы с
одним выводом. В системах с ожиданием они играют большую роль,
так как в общем случае доступ к центральным коммутационным
устройствам осуществляется через систему с ожиданием. По той
же причине особое значение имеет случай, когда длительность
занятия постоянна. Системы с ожиданием, имеющие ограниченную
доступность, напротив, здесь не рассматриваются, т. е. в
дальнейшем предполагается полная доступность.-
6.2.3.1. СИСТЕМЫ С ОЖИДАНИЕМ БЕЗ ПРИОРИТЕТОВ
Используя тот же подход, что и при описании систем с
потерями, рассмотрим систему со многими выводами, которая имеет
случайную нагрузку. Пусть имеется только одна очередь и нет
приоритетов. Предположим, что очередь и время ожидания не
ограничены, а вызовы обрабатываются в порядке их поступления.-
Процесс является стационарным только в том случае, если
вызовов .поступает в среднем меньше, чем может быть обслужено с
помощью п выводов, т. е. А должно быть меньше п.
Вероятность -ожидания определяется вероятностью того, что
вызов поступил и должен ждать, деленной на вероятность того,
•что вызов вообще поступает в тот же отрезок времени. При
случайном обмене первого рода, используя вероятности состояний,
получаем выражение
244
An
/>(>0)
nl
Ex-
n — A
An n
nl n —A
j=o
аналогичное формуле потерь Эрланга. Вероятность того, что все
п выводов заняты и обслуживания ожидают г вызовов,
PwO.r) = PO0)(^.y*, r = 0, 1,2,...,
" а среднее число всех ожидающих вызовов
ш = .Р(>0)^_.
п — А
Вероятность Р(>0) конечна и при очень малом обмене. Чем
ближе значение 'интенсивности поступающей нагрузки к числу
выводов, тем больше число ожидающих вызовов, в то время как
вероятность ожидания, так же как и Pw(>r), приближается к
единице.
Вследствие экспоненциального распределения длительности
занятия время ожидания имеет такое же распределение. Таким
образом, вызов ожидает обработки в течение времени, большего t,
с вероятностью
-'/'„
f >0
Р(>0 = /5(>0)е
(рис. 6.14). Здесь tw=tm/n—А — среднее время ожидания для
ожидающих вызовов. И при очень малой интенсивности
поступающей нагрузки значение-^ не меньше tm/n, так как если вызов
вообще ожидает, то в среднем он должен ждать до тех пор, пока
вывод не освободится. Среднее время ожидания t*w всех вызовов,
Рис. 6.14. Вероятность
P(>t) того, что время
ожидания больше t, в
функции от tltm для различного
числа выводов п при
поступающей нагрузке А,
отнесенной к числу выводов п,
равной 0,75 Эрл, полной
доступности и случайной
нагрузке первого рода
P(>t)
245
(наоборот, при малых значениях интенсивности поступающей
нагрузки, как и вероятность ожидания, весьма мало.
В рассмотренном выше примере предполагалось, что вызовы
обслуживаются в порядке их поступления (-первым поступил —
первым обслужен). Это допущение оказывает влияние на
распределение вероятностей времени ожидания. Однако до тех пор, пока
«ожидаемая длительность занятия не учитывается, вероятность
ожидания и среднее время ожидания не зависят от дисциплины
очереди. Это справедливо как для случайной нагрузки второго
рода, так и для пуасеоноюского процесса.
Влияние дисциплины очереди, прежде всего, 'проявляется при
рассеянии времени ожидания. Для времени ожидания в качестве
крайних случаев удобно было рассматривать постоянное и
экспоненциально распределенное время ожидания. Для дисциплины
очереди роль таких случаев играют обслуживание в порядке
поступления вызовов и обслуживание на основе случайного выбора
из очереди (случайность при этом означает, что если вывод
освобождается, то каждый из ожидающих вызовов может быть
выбран с одинаковой вероятностью). Случайный выбор приводит к
тому, что время ожидания рассеивается сильнее, чем при
обслуживании вызовов в порядке их поступления. Вероятность
превышения для малых значений времени ожидания становится
меньше, а для больших — больше [6.19].
Другая дисциплина очереди может быть связана с еще
большим рассеянием времени ожидания; предельным случаем
является обслуживание в порядке, противоположном поступлению
вызовов (пришел последним — обслужен первым).
Для систем с ожиданием, имеющих один вывод, справедливы
приведенные выше соотношения при п='1; кроме того, следует
отметить еще ■некоторые весьма общие свойства. Так, вероятность
Р(>0) —А независимо от распределения длительности занятия и
от дисциплины очереди предполагает, что в дисциплине очереди
не учитывается ожидаемая в каждом случае длительность
занятия и что интервалы между вызовами распределены
экспоненциально'. Напротив, вероятность превышения зависит как от
распределения длительности занятия, так и от дисциплины очереди.
При тех же предположениях от дисциплины очереди не
зависят также среднее число ожидающих вызовов и их среднее
время ожидания. Распределение длительности занятия .влияет на эти
средние значения лишь постольку, поскольку они ведут к
различным значениям рассеяния ат длительности занятия:
* _, 1 + (<WU2
w m 2(1 _Л) '
При одинаковых средних значениях длительности занятия и
равной интенсивности поступающей нагрузки среднее время ожи-
246
Дания получается наименьшим в случае постоянной длительности
занятия (ст=0); при экспоненциальном распределении {Gm=tm}
время ожидания вдвое больше (рис. 6.15).
Рис. 6,15. Среднее время
ожидания t*w всех вызовов, от- I
несенное к средней длйтель- |
ности занятия tm в зависимо- t«
сти от интенсивности посту- _J^
пающеи нагрузки А при экс- t
поненциальном распределении m
интервалов между вызовами
и одном выводе для
разных значений рассеяния ат
длительности занятия: стМт =
=0— постоянная
длительность занятия; am/tm = 1 —
экспоненциально
распределенная длительность занятия
6.2.3.2. СИСТЕМЫ С ОЖИДАНИЕМ С НЕПРЕРЫВАЮЩИМИ
ПРИОРИТЕТАМИ
Присвоение приоритетов отражает особую дисциплину очереди
для всего процесса, поэтому приведенные выше соотношения в
данном случае также справедливы, если при присвоении
.приоритетов не исходить из ожидаемой длительности занятия. В
дальнейшем специально предполагается, что длительность занятия при
различных приоритетах характеризуется одним и тем же
распределением. Это условие касается систем, у которых на выводах
одинаковым способом обрабатываются все вызовы независимо от
их приоритета. Примером .может служить коммутация с
запоминанием для абонентов, сообщения которых обслуживаются в
первую очередь, хотя по строению заголовка и длительности они не
отличаются от прочих. Кроме того, вызовы, поступающие с тем
или иным приоритетом, должны быть распределены
.экспоненциально.
Для той доли А] общей интенсивности поступающей нагрузки,
которая обслуживается с наивысшим приоритетом, вероятность
ожидания по-прежнему такая же, как .и для общей интенсивности
поступающей нагрузки, поскольку уже имеющееся занятие не
прерывается. Но время ожидания для ожидающих вызовов меньше,
а именно его распределение .совпадает с распределением, которое
" .. 247
0/4 Ofi 0,8 Эрл 1,0
получается, если имеется только нагрузка с интенсивностью А\
[6.11]. В соответствии с этим среднее время ожидания
^-f» 2(1 _Л) <" l-Al
сокращается по сравнению Со средним временем -ожидания tw для
всего процесса. Аналогичные соотношения справедливы и для той
доли поступающей нагрузки, которая обслуживается с низшим
приоритетом. При незначительной общей нагрузке присвоение
приоритетов не приводит к заметным .последствиям, а при
интенсивной нагрузке его результаты, наоборот, очень .заметны; прежде
всего; среднее время ожидания для ожидающих вызовов со всеми
приоритетами, кроме самых низких, также остается конечным,
если общая нагрузка стремится к п. Для пояснения на рис 6.16
показано среднее *время ожидания всех вызовов при их разделении
поровну по трем приоритетам. Соответствующие соотношения
справедливы и для систем с более чем .одним выводом [6.20].
-tT
0,8 Эрл 1.0
Рис. 6.16. Среднее время ожидания t*w всех вызовов и среднее время
ожидания всех вызовов с одним из трех приоритетов t*wi, ..., t*w3 при отрицательном
экспоненциальном распределении вероятности интервалов между вызовами,
равномерном распределении интенсивности поступающей нагрузки по
приоритетам и одном выводе (время ожидания отнесено к А>=7~ tm(l+a2mlt2m),
где tm — средняя длительность занятия, ат — рассеяние длительности занятия)
6:2.3.3. ДРУГИЕ СИСТЕМЫ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ОЖИДАНИЯ
. Принятое выше допущение, что очередь не ограничена, т. е. со-
'держит по меньшей /мере столько же 1мест, сколько имеется
выводов, выполняется не всегда. В системе с ограниченной возможно-
248
стью ожидания вероятность потери меньше, чем в чистой системе
с потерями, а среднее время'ожидания короче, чем в системе с
ожиданием без ограничений.
Если в системе с различными приоритетами важно уменьшить
не только среднее время ожидания для ожидающих вызовов с
высокими приоритетами, но и .вероятность ожидания, то занятия,
•имеющие более низкие приоритеты, должны прерываться. Вызовы
с наивысшими приоритетами тогда обслуживаются так, как
будто бы существует только эта часть нагрузки. Вероятность
ожидания при этом снижается, и распределение ожидания внутри
указанного приоритета определяется только значениями
длительности занятия для вызовов с этим приоритетом.
С помощью некоторых других мероприятий можно
минимизировать среднее время ожидания для всех вызовов, например, так,
чтобы вызовы с кратчайшей ожидаемой длительностью занятия
обслуживались с наивысшим приоритетам.
6.2.4. ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗКИ
6.2.4.1. ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
В предыдущих разделах вопросы теории телетрафика
рассматривались с использованием определенных распределений. Если
считать вид функции распределения известным, например
утверждать, что имеет место экспоненциальное распределение, то тогда
задачи измерения нагрузки состоят в том, чтобы получить
параметры ее распределения (например, средний интервал между
вызовами в часы наибольшей нагрузки), которые должны быть
определены путем измерений [6.21]. При этом для некоторых сетей
передачи данных может оказаться, что нет ярко выраженной
концентрации нагрузки по времени [6.22].
Измерения параметров необходимы, прежде всего, для того,
чтобы можно было выявить длительные изменения нагрузки и'
своевременно приспособить устройства коммутации к
.изменившимся требованиям. От таких длительных изменений следует
отличать кратковременные изменения, которые наблюдаются,
например, в то время, когда происходит переход от меньшей нагрузки
к большей или наоборот [6.23]. Анализ этих переходов с точки
зрения теории телетрафика составляет особую проблему, на
которой останавливаться не будем.
6.2.4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Однако, как правило, нельзя исходить из того, что вид
функции распределения известен. Поэтому желательно, чтобы и сам
вид функции распределения можно было определить путем изме-
24§
рений. На практике ограничиваются -определением некоторых ее
моментов: среднего значения, рассеяния и моментов высших
порядков. Моментом k-то порядка случайной величины х,
центрированной по отношению к а, называют математичесиое ожидание
величины {х—a)k.
После этого неизвестное распределение можно описать с
помощью другого распределения, имеющего те же моменты.
6.2.4.3. ОБЪЕМ ИЗМЕРЕНИИ
При неизвестном распределении существенную- роль играет
объем измерений, необходимых для того, чтобы достаточно точно
определить параметры распределения. Под точностью
понимаются два понятия — доверительный интервал и коэффициент
доверия (доверительная вероятность). Доверительный интервал
указывает, насколько полученные из измерений значения
отклоняются от истинного значения. Коэффициент доверия показывает, с
какой вероятностью величина попадает в доверительный интервал.
На основе определенного объема измерений .можно установить
некоторый узкий доверительный интервал с меньшим
коэффициентом доверия и более широкий доверительный интервал с более
высоким коэффициентом доверия.
В качестве примера приведем полученные в [6.24] .формулы
для измерений длительности занятия при случайной нагрузке
первого рода. Согласно [6.24] истинное среднее значение tm лежит
в доверительном интервале:
<.[i-^]«.<qi+f],
где tm рассчитано по данным измерений п занятий; S — требуемый
коэффициент доверия и Я(S) —значение, полученное по
нормальному распределению величины S. Найденная зависимость
показана на рис. 6.17. Чтобы при одинаковых коэффициентах доверия
иметь одинаковые доверительные интервалы, для распределения
длительности занятия с более сильным рассеянием требуется
выполнить больше измерений, чем для распределения с меньшим
рассеянием.
6.2.4.4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИИ
Одна из простых вовможностей измерения параметров
заключается в том, чтобы непрерывно контролировать состояние
занятости соответствующих устройств и на основе этого определять
интересующие нас величины. При этом необходимо, чтобы имелось
250.
представление состояния занятости, доступное для измерения, будь
то связанная с занятостью физическая величина, которая может
быть измерена специальным прибором, или же отображение
состояния занятости (например, в запоминающем устройстве узла
коммутации с программируемым управлением), которое может
обрабатываться с помощью программы измерений.
10 20 50 100 200 500 1000 2000
Рис. 6.17. Доверительный интервал Т как функция числа измерений п при
случайной нагрузке первого рода для различных значений коэффициента
доверия S
ч Более точные данные о .нагрузке получаются в том случае, если
собирать и регистрировать сведения об отдельных занятиях. В
узлах коммутации с центральным управлением можно обеспечить
полную регистрацию всех сведений о вызовах (времени и
содержания всех сигналов управления от вызова до подтверждения
отбоя) и после их обработки — детальный анализ всей нагрузки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
К главе 1
1.1 Dyczmons, W.; GoBlau,. К.: Das Datenvermittlungssystem EDS. Compnter-
.Prax. 4" (1971) 282-286.
1.2 DIN 44302, Bl. 11: Datentibertragung; Begriffe. Erganzung zu DIN 44302.
1.3 DIN 44 302: Datenubertragung; Begriffe.
1.4 CCITT: Recommendation V. 24: List of definitions for interchange circuits
between data terminal equipment and data circuit terminating equipment.
Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.5 CCITT: Recommendation V. 28: Electrial characteristics for 'unbalanced
double-ciirreiijfc interchange circuits. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.6 CCITT: Recommendation V. 31: Electrical characteristics for single-current
interchange circuits controlled, by contact closure. Green Book, Vol. VIII,
Genf: ITU 1973.
1.7 CCITT: Recommendation V. 35: Data transmission at 48 kilobits per second
using 60- to 108-kHz group band circuits. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU
1973.
1.8 DIN 66020, Bl. 1: Datenubertragung; Anforderung an die Schnittstelle bei
Ubergabe bipolarer Datensignale, Ubertragimgsgeschwindigkeiten bis zu
20 kbit/s.
1.9 CCITT: Recommendation X. 20: Interface between data terminal equipment
and data circuit terminating equipment for start-stop services in user classes 1
and 2 on public data networks. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.10 CCITT: Recommendation X. 21: Interface between data terminal equipment
and data circuit terminating equipment for synchronous operation on public
data networks. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.11 Market study on data communications — Europe 1972 —1985. PA International
ManagementConsultants,RutlandHouse, Rutland Gardens, London SW7 1BY.
1.12 CCITT: Recommendation X. 2: Recommended user facilities available in
public data networks. Green Book, Vol. VTII, Genf: ITU 1973.
1.13 Bocker, P.: Datenubertragung iiber Fernsprechverbindungeii. Xachrichten-
teeh. Z. 21 (1968) 681-687'.
1.14 DIN 44300: Informationsverarbeitung; Begriffe.'
1.15 CCITT: Recommendation X. 1 : User classes of service and data signalling
rates for public data networks. Green Book, Vol. VIII Genf: ITU 1973.
1.16 Bocker, P.; (iaiser, R.: Der Aufbau von Datennetzen iriit dem elektronischen
Datenveimittlungssystem EDS. Xachrichtenteeh. Z. 26 (1973) 297—304.
■ 1.17 Klcinroek, L.: Computer communication networks* 1st Canadian International
Seminar on Computer Communication Systems, Vol. 3. 1973, S. 138 — 230.
1.18 Voss, H. H.: Eeiiischreibubertragiing aiif Eimkverbindnngen. Siemens-Z. 34
(1960) 463-469.
1.19 Erben, J.; Jakob,-L.; SchfiBler, K.; Voss, H. H.: Telegraphie fiber Kurz-
wellenverbindungen. In: Taschenbuch der Nachrichtenveraibeitung, Hrsg.
K. Steinbuch. Berlin, Gottingen,-Heidelberg: Springer 1962.
1.20 International Telecommunication Convention. Malaga-Torremolinos, 1973.
Genf: ITU 1973.
252 ■
К главе 2
2.1 Cherry, С: Kommunikationsforschung — eine neue Wissenschaft. Frank- ■
furt/M.: S.Fischer 1963.
2.2 Hyvarinen, L. P.: Information Theory for System Engineers. Berlin,
Heidelberg, .New York: Springer 1968.
2.3 Zunde, P.: On Signs, Information and Information Measures. ISA Tr-'ans.
10 (1971) 189-193.
2.4 Shannon, C. E.: Communication in the Presence of Noise. Proc. IRE 37 (1949)
10.
2.5 Shannon, С. Е.: The Mathematical Theory1 of Communication. Urbana: The
Univers. of Illinois Press 1949.
2.6 DIJJ 44300: Informationsverarbeitung; Begriffe.
2.7 Raabe, H.: Untersuchungen an der wechselseitigen Mehrfachubertragung.
Elektr. Nachr. Tech. 16 (1939) 213—228.
2.8 Nyquist, H: Certain Topics in Telegraph Transmission Theory. Trans. AIEE.
47 (1928) 617-644.
2.9 Kupfmiiller, K.: Uber Einschwingvorgange in Wellenfiltern. Elektr. Nadir;
Tech. (1924)141-152.
2.10 Hartley, R. V, L.: Transmission of Information. Bell Syst. Techn. J. 7 (1928)
4 535-563.
2.11 Peters, J.: Einfuhrang in die Allgemeine Informationstheorie. Berlin, Heidel»
berg, New York: Springer 1967.
2.12 Berger, E. R.: Nachrichtentheorie und Codierung. In: Taschenbuch der
Nachrichtenverarbeltung, Hrsg. Steinbuch, K. Berlin, Gottingen, Heidelberg:
Springer 1962.
2.13 Boltzmann, L.: Vorlesungen fiber Gastheorie. Leipzig: Joh. Ambrosius Barth
1896/1898.
2.14 Szilard, L.: Uber die Entropieverminderung in einem thermodynamischen
System bei Eingriffen intelligenter Wesen. Z. Phys. 53 (1929) 840—856.
2.15 Brillouin, L.: Science and Information Theory. New York: Academic Press
1956.
2.16 Peters, J.: Die physikalische Bedeutung der Information. Nachrichtentech.
Z.,.21 (1968) 199-203.
2.17 Kaufmann, H.: Das InformationsmaB der Nachrichtentechnik als physikali-
lische GroBe. In: Physiker-Tagung, Hamburg, 1963. Mosbach: Physik-Verlag
1964. HauptvortrageS. 89-102.
2.18 Schouten, J.: Ignorance, Knowledge and Information. Symposion on
Information Theory. London: Cherry 1955, S. 37—46.
2.19 Marko, H.: Die Ausnutzbarkeit eines Telegrafiekanals zur Informations-
iibertragung. Nachrichtentech. Z. 15 (1962) 451 — 466.
2.20 Zemanek, H.: Elementare Informationstheorie. Wien, Munchen: R. Olden-
bonrg 1959.
2.21 Berndt, H.: Codes in der Datentechnik. data rep. 4 (1969) 16—18 und 5 (1970)
18-23.
2.22 ITU:Telegraph Regulations, Article 16:-Transmission Signals of International'
Telegraph Alphabets Nos. 1 and 2, and Morse Code Signals. Genf: ITU 1959.
2.23 CCITT: Recommendation V. 3: International alphabet Nr. 5. Green Book,
Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
253-
'2.24 CCITT: Becommendation V. 4: General structure of signals of international
alphabet Nr. 5 Code. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
2.25 CCITT: Recommendation V. 1: Equivalence between binary notation symbols
and the significant conditions of a two-condition code. Green Book, Vol. VIII,
Genf': ITU 1973.
2.26 CCITT: Recommendation S. 13: Use on radio circuits of 7-unit.synchronous
systems giving error correction by automatic repetition. Green Book, Vol. VII,
Genf:. ITU 1973.
2.27 Gallager, R. G.: Information Theory and Reliable Communication. New
York: John Wiley 1968.
2.28 Berlekamp, E. R.: Algebraic Coding Theory. New York, St. Louis, San
Francisco, Toronto, London, Sidney: McGraw-Hill 1968.
2.29 van Lint, J. H.: Coding Theory. Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1971
2.30 Massey, J. L.: Threshold Decoding. Cambridge, Mass.: M. I. T. Press 1963.
2.31 Peterson, W. W.: Prufbare und korrigierbare Codes (Ubersetzung: K. Wallner)
Wien, Miinghen: R. Oldenbourg 1967.
2.32 Fano, R. M.: Informationsiibertragung. Wien, Miinchen: R. Oldenbourg 1966.
.2.33 Berger, E. R.: Codierung und Fehlersicherheit in informatiohstheoretischer
Sicht. Nachr.-techn. Fachber., Bd. 28, S. 35-45.
.2.34 Berger, E. R.: Die Wirksamkeit von Bloeksicherungsverfahren gegeniiber
gebiindelten Storungen bei der Daljenubertragung. Arch, elektr. Ubertr. 16
(1962) 51-55.
:2.35 Nili, H.: Fehlerwahrscheinlichkeit und Geschwindigkeit bei der Ubertragung
digitaler'Informationen durch Gruppen-Codes. Arch, elektr. Ubertr. 18 (1964)
282-292.
2.36 Norz, A.: Fehlermoglichkeiten und Fehlerschutz bei der Datenubertragung.
Elektrotech. Z. Ausg. A 84 (1963) 533—539.
2.37 Steinbuch, K.; Rupprecht, W.: Nachrichtentechnik. 2. Aufl. Berlin,
Heidelberg, New York: Springer 1973.
К главе З
:3.1 Unger, H. G.: Neue Entwicklungen zur- Breitbandkonimunikation niit
Hohlkabel, Glasfaser und Supraleitung. Nachrichtenteeh. Z. 26 (1973) 346
bis 351.
■ 3.2 Holzler, E.; Thierbach D.: Nachrichteniibertragung. Berlin, .Heidelberg,
New York: Springer 1966.
■3.3 Bergmann, K.: Fernmeldetechnik. Braunschweig: Vieweg 1949.
3.4 Artbauer, J.: Kabel und Leitungen, Deutsche Ausgabe. Berlin: VEB Verlag
Technik 1961.
3.5 Schubert, W.: Nachrichtenkabel u. Ubertragungssysteme. Berlin, Miinchen:
Siemens 1971.
3.6 Steinbuch, K.; Rupprecht, \V.: Xachrichtentechnik. 2. Aufl. Berlin,
Heidelberg, Хелу York: Springer 1973.
3.7 Pippart, W.: Der Dienst bei der Deutschen Bundespost, Bd. 6, 11. Teil,
Datenubertragung-Datenfernverarbeitung. Hamburg, Berlin: R. v. Deckers
Verlag G. Schenk 1971.
3.8 VDE0816: Bestimmungen fur AuBenkabel fur Fernmeldeanlagen. Berlin:
VDE-Verlag.
254
3.9 Vogelsberg, D.: Kapazitive Kopplungen in Nachrichtenkabeln. Nachrichten-
tech. Z. 23 (1970) 158-165.
3.10 Bath, Г.; Pfleiderer, F.; Ring, F.; Zerbel, W.: Der heutige Dampfungsplant
im Fernsprechnetz der DBP. Nachrichtentech. Z. 10 (1957) 541 — 547.
3.11 Christiansen, H. M.; Kersten, R.: Grundsatzliches zur Nachrichtenuber-
tragungstechnik mit Pulscodemodulation. Siemens-Z. 48 (1974), Beiheft
„Nachrichteniibertragungstechnik" 257—262.
3.12 Gier, J.; Schweizer, L.; Se"nft, R.: PCM-Modulations- und Multiplexgerate fur
30 und 120 Sprechkreise. Siemens-Z. 48 (1974), Beiheft „Nachrichteniiber-
tragungstechnik" 269—275.
3.13 CCITT: Recommendation V. 2: Power levels for data transmission over
telephone lines. Green Book, Vol. VIII,' Genf: ITU 1973.
3.14 CCITT: Recommendation H. 23: Basic characteristics of telegraph equipments .
used in international voice-frequency telegraph systems. Green Book, Vol.
III/2, Genf: ITU 1973.
3.15 CCITT: Supplement Nr. 14: Federal Republic of Germany: Study of the
general switched telephone network with a view to its suitability for data,
transmission. White Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1969.
3.16 CCITT: Supplement Nr. 1: Federal Republic of Germany: Study of the-
general switched telephone network with a view to its suitability' for data
transmission. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
3.17 CCITT: Supplement Nr. 32: United Kingdom: Measurement of phase
distortion and transmission loss between subscribers. White Book, Vol." VIII,.
Genf: ITU 1969.
3.18 CCITT: Supplement Nr. 14, United Kingdom: The characteristics of the-
United Kingdom public switched telephone network. Green Book, Vol. VIII,.
Genf: ITU 1973.
3.19 CCITT: Dokument Com. Sp. A-Xr. 150 der Studienperiode 1968-1972:
Analysis of results of subscriber-to-subscriber tests between 15 countries-
carried out during the period 6. 4. 1970—3. 7. 1970.
3.20 CCITT: Recommendation M. 102: Characteristics of special quality leased
cjrcuits (for example for data transmission). Green Book, Vol. IV, Genf:
ITU 1973.
3.21 Duffy, F. P.; Thatcher, I. R. T. W.: Analog transmission performance on the-
switched telecommunication network. Bell Syst. Tech. J. 50 (1971) 1311—1347.
3.22 CCITT: Recommendation G. 712: Performance characteristics of PCJI
channels at audio frequencies. Green Book, Vol. III/2, Genf: ITU 1973.
3.23 CCITT: Recommendation G. 161: Echo suppressors suitable for circuits having
either short or long propagation times. Green Book, Vol. III/l, -Genf: ITU
1973.
3.24 CCITT: Recommendation G. 225: Accuracy of carrier frequencies. Green
Book. Vol. HI/1, Genf: ITU 1973.
■ 3.25 CCITT: Recommendation G. 151: General characteristics applicable to all
modern international circuits and national extension circuits. Green Book,
Vol. III/l, Genf: ITU 1973.
3.26 CCITT: Recommendation V. 55: Impulsive noise measuring instrument for
data transmission. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
3.27 CCITT: Supplement Nr. 4.2: Results and analysis of the 8th series of tests-of
short breaks in transmission. White Book, Vol'. IV: Genf ITU 1969.
255.
'3.28 Rome Air Development Center: Data communications. Telecommim., April
1972, S. 37 und 62.
. 3.29 CCITT: Recommendation G. 232: 12-channel terminal equipments. Green
Book, Vol. III/l, Genf: ITU 1973.
3.30 Das Gupta, P. C: Ubertragung von.binar frequenzmodulierten Signalen iiber
die Analogklemmen eiries PCM-Systems. Nachvichtentech. Z. 22 (1969)
424—428.
3.31 Hiibneiy G.: Datenubertragung fiber Sprachkanale von Pulscodemodulations-
systemen. Nachrichtentech. Z. 25 (1972) 486—491.
3.32 CCITT: Recommendation G. 241: Pilots on groups, supergroups, etc. Green
Book, Vol. III/l, Genf: ITU 1973.
3.33 CCITT: Recommendation H. 14: Characteristics of group links for the
transmission of widespectrum signals. Green Book, Vol. III/2, Genf: ITU 1973..
3.34 CCITT: Recommendation H. 52: Transmission of. widespectrum signals
(Data. Facsimile, ■ etc.) on wideband group links. Green Book, Vol. III/2,
Genf: ITU 1973.
• 3.35 CCITT: Recommendation G. 222: Noise objectives for design of carrier-
transmission systems of 2500 km! Green Book, Vol. III/l, Gepf: ITU 1973.
К главе 4
*
4.1 Kaden, H.: Impulse und Schaltvorgange in der Nachrichtentechnik. Mimchen,
Wien: R. Oldenbourg 1957.
4.2 Panter, P. F.: Modulation, noise and spectral analysis. New York: McGraw-
Hill 1965.
4.3 Nyquist, H.: Certain topics in telegraph transmission theory. Trans. AIEE 47
(1928) 617-644.
4.4 Doetsch, G.: Fuhktionaltransformationen. In: Grundl. d. Math. Wiss.,
Bd. 139. Sauer, R.; Szabo, J. (Herausgeber): Mathematische Hilfsmittel dcs
Ingenieurs. Teil I. Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1967, S. 248—249.
4.5 Herrmann, O.; Rabiner, L. R.; Chan, D. S. K.: Practical design rules for
optimum finite impulse response low pass digital filters. Bell Syst. Tech. J. 52
(1973), 769-799.
4.6 Sunde, E. D.: Theoretical fundamentals of pulse, transmission I. Bell Syst.
Tech. J. 33 (1954) 721-788.
4.7 Holzman, L. N.; Lawless, \V. J.: Data Set 203, a new high-speed voiceband
modem. IEEE Internat. Commnn. Conf., San Francisco, Conf. Rec. S. 12—7
bis 12-14.
4.8 Bennett, W. R.; Davey, J. R.: Data transmission. New York: McGraw Hill
1965.
4.9 Lender, A.: The duobinary technique for high speed data transmission. IEEE
Trans. Commun. Electron. 82 (1963) 214—218.
4.10 Howson, R. D.: An analysis of the capabilities of polybinary data transmission.
IEEE Trans. Commun. Technol. COM-13 (1965) 315-319.
4.11 Lender, А.: Согге1аУл^е data transmission with coherent recovery using
absolute reference. IEEE Trans. Commun. Technol. COM-16 (1968) 108—115.
4.12 Ringelhaan. О. Е.: System for transmission of binary information at twice the
normal rate. U.S. Patent 3162724 (1964).
4.13 van Gerwen, P. J.: On the generation and application of pseudo-ternary codes
in pulse transmission. Philips Res. Дер. 20 (1965) 469—484.
4.14 Kretzmer, E. В.: An efficient binary data transmission system. IEEE Trans*
Commim. Syst. CS-12 (1964) 250—251.
4.15 Kretzmer, E. R.: Generalization of a technique for binary data communication,-
IEEE Trans. Commun. Technol. COM-14 (1966) 67—68.
4.16 Eripiat, J. M.: Synchronous modems for data transmission on a group band
circuit. Philips Telecomun. Rev.'33 (1975) 68—85.
4.17 Becker, E. J.; Kretzmer, E. R.;-Sheehan, J. R.: A new signal format for
efficient data transmission. Bell Syst. tech. J. 45 (1966) 755—758.
4.18 Appe!, U., Trondle, K.: Zusammenstellimg und Gruppierung verschiedener
Codes fur die Ubertragung digitaler Signale. Nachrichtentech. Z: 23 (1970)
ч 11-16.
4.19 Ealcoz, A.; Croisier, A.: Le code bipolaire a haute densite, un procede de
transmission en bande de base. Colloque international sur la teleinformatique, '
Paris 1969, T. 1, S. 54-64.
4.20 Claisse, I.'; Barbier, X.: Transmission de donnees en bande de base. Colloque
international sur la.teleinformatique, Paris, 1969, T. 1, S. 64—72.
4.21 Oehlen, H.; Brust, G.: Spektrale Energie- tind Leistungsdichte technisch
- interessanter Impulsformen und Impulsfolgen. Arch. ■ elektr. Ubertrag. 22
(1968) 79-86.
4.22 Mammucari, F.; Pavoni, G.: Un diapositivo per transmissione dati in banda*
base realizzato con circuiti integrati..Telecomunicazioni SIT, Mailand, No.39,
Sept. 1970.
4.23 Kaiser, W.: Technische Grundlagen der Dateniibertragung. Nachrichtentech,
Eachber. 37 (1969) 3-22.
4.24 Lucky, R. W.; Salz, J., Weldon, E. J.: Principles of Data-Communication.
New York: McGraw Hill 1968.
4.25 Thomas, J. B.: An Introduction to Statistical Communication Theory. New
York: John Wiley 1969.
4.26 Leuthold, P. E:; Tisi, F.: Ein Einseitenbandsystem fur.Dateniibertragung.
Arch: elektr. Ubertrag. 21 (1967) 354-362.
4.27 De Jager, F.; van Gerwen, P. J.: Co-modulation, a new method for high»
speed data transmission. Trans. Instn. Radio Eng. IT-8 (1962) 285-290.
4.28 Davey, J. R.: Modems. Proc. IEEE (1972) 1284-1312.
4.29 Tannhauser, A.: Zur rechnerischen Behandhing von Systemen mit Phase.n-
differenzmodulation. Nachrichtentech. Z. 24 (1971) 213—216.
4.30 Grutzmann, S.: Computer aided design of filters for data transmission systems.
1974 european conference on circuit theory and design. Conf. Rec. S. 452—456.
4.31 Grutzmann, S.s Simulation von Dateniibertragungssystemen mit Daten»
verarbeitungsanlagen. Nachrichtentech. Fachber. 37 (1969) .247—256.
4.32 Sunde, E. D.: Ideal binary pulse transmission by AM and EM. Bell Syst. Tech.
J. 38 (1959) 1357-1426.
4.33 Postl, W.: Die spektrale Leistungsdichte bei Erequenzmodulation einea
Tragers mit einem stochastischen Telegraphiesignal. Erequenz- 17 (1963)
107-110.
4.34 Sunde, E. D.: Pulse transmission by AM, EM and PM in the presence of
phase distortion. Bell Syst. Tech. J. 40 (1961) 353—422. •
4.35 Baker, P. A.: Phase-modulation data sets for serial transmission at 2000 and
2400 bits per second. AIEE Trans. Commun. Electron. 61 (1962) 166—171.
257
4.36 Tannhauser, A.: High-speed data transmission with differential phase
modulation in telephone networks.. Nachrichtentech. Z. 25 (1972) 330—833.
4.37 Swoboda, J.: Ein Vorschlag zur Taktsynchronisierung bei Dateniibertragung.
Arch, elektr. Ubertrag. 22 (1968) 509-513.
4.38 Wintz, P. A.; Luecke, E. J.: Performance of optimum and suboptimum
synchronizers. IEEE Trans. Commun. Technol. COM-17 (1969) 380-384.
4.39 Saltzberg, B. R.: Timing recovery for synchronous binary transmission. Bell
Syst. Tech. J. 46 (1967) 593-622.
4.40 CCITT: Recommendation V. 22: Standardization of data-signalling rates for
synchronous data transmission in the general switched telephone network.
Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
4.41 CCITT: Recommendation V. 22 bis: Standardization of data-signalling
rates for synchronous data transmission on leased telephone-type circuits.
Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
4.42 CCITT: Recommendation V. 35: Data transmission at 48 kilobits per second
rising 60-to lQB-kHz group band circuits. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU
1973.
4.43 Kobayashi, H.: Simultaneous adaptive estimation and decision for carrier
modulated data transmission system. IEEE Trans. Commun. Technol.
COM-19 (1971) 268-280.
4.44 Chang, R. W.: Joint automatic equalization for data communication.
Symposium on problems in the optimization of data communication systems,
1969. Conf. Rec, S. 347-367.
4;45 Ho, E. Y.: Optimum equalization and the effect of timing and carrier phase on
synchronous data systems. Bell Syst. Tech. J. 50 (1971) 1671—1689.
.4.46 Peterson, W. W.-..Error correcting codes. New York: John Wiley 1961.
4.47 CCITT: Recommendation V. 27: 4800 bits per second modem standardized
for use on leased circuits. Green Book, Vol. VIIT, Genf: ITU 1973.
4.48 Gaug, A.; Weinrichter, H.: Coding of special m-sequences by digital data
scramblers. Nachrichtentech. Z. 26 (1973) 234—236.
4.49 Schollmeier, G.: The effect of carrier phase and timing on a single-sideband
data signal. IEEE Trans. Commun. COM-21 (1973) 262-264.
4.50 Cacciamani, E. R.; Wolejsza, С H.: Phase-ambiguity" resolution" in a four-
phase PSK communications system. IEEE Trans.- Commun. Technol. COM-19
(1971)1200-1210.
4.51 Abramowitz, M.; Stegun, I. A.: Handbook of mathematical functions.
Washington: National Bureau of Standards, AMS 55.
■4.52 v Mammitzsch, D. Morgenstern: Wahrscheinlichkeitsrechnung und mathe-
ma'tisehe Statistik. In: Mathematische Grundl. d. Math. Wiss., Bd 142. Hilfs-
mittel des Ingenieurs, Tl. IV,- Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1970.
4.53 Bronstein, I. N.; Semendjajew, K. A.: Taschenbnch der Mathematik, 7. Aufl.
Zurich, Frankfurt/M.: H, Deutsch 1967, S. 137.
4.54 Hill,.F. S.: The computation of error probability for digital transmission. Bell
Syst. Tech. J. 50 (1971) 2055-2077.
4.55 Saltzberg, B. R.: Intersymbol interference error bound with application to
ideal bandlimited signaling. IEEE Trans. Inf. Theory. IT-14 (1968) 563^-568.
4.56 Lugannani, K.: Intersymbol interference and probability of error in digital
systems. IEEE Trans. Inf. Theory. IT-15 (1969) 682-688 und ГГ-16 (1970)
770.
258
4.57 Но, Е. Y.; Yeh, Y. S.: A new approach for evaluating the error probability ia
the presence of intersymbol interference and gaussian noise. Bell Syst: Tech. J.
49 (1970) 2249—2265.
4.58 Ho, E. Y.; Yeh, Y. S.: Error probability of a multilevel digital system with,
intersymbol interference and gaussian noise. Bell Syst. Tech. J. 50 (1971)
1017-1023. "
4.59 Ho, E. Y.; Yeh, Y. S.: Improved intersymbol interference error bounds in
digital systems. Bell Syst. Tech. J. 50 (1971) 2585-2598.
4.60 Shimbo, O.; Celebiler, M-1.: The probability of error due to intersymbol
interference and gaussian noise -in digital communication systems. IEEE
.Trans. Commun. Technol. COM-19 (1971) 113-119.
4.61 Prabhu, V. K.: Some considerations of error bounds in digital systems. Bell
Syst. Tech. J. 50 (1971) 3127—3151.
4.62 Benedetto, S.; de Vincentiis, G.; Luvison, A.: Error probability in the presence
of intersymbol interference and additive noise for multilevel digital signals.
IEEE Trans. Commun. Technol. COM-21 (1973) 181 — 1901
4.63 Thomas, J. В.: An introduction to statistical communication theory. New
Y'ork: John Wiley 1969.
4.64 Golub, G. H.; Welsh, J. H.: Calculation-of gauss quadrature rules. Math, of
Computer 23 (1969) 221—230.
4.65 Voss, H. H.: Eigenschaften von Telegrafie-Ubertragungssystemen mit
Frequenzmodulation hei Storungen durch" Rauschen. Frequenz 12 (1958>
Sonderh. 46—51.
К Главе 5
5.1 Lucky, R. W.; Salz, J., Weldon, E. J.: Principles of Data Communication.
New York: McGraw Hill 1968.
5.2 Sunde, E. D.: Pulse, transmission by AM, EM and PM in the presence of phase
distortion. Bell Syst, Tech. J. 40 (1961) 353-422.
6.3 Rother, D.: Der EinfluD von Gruppenlaufzeit und Dampfiingsverzerrungeni
auf verschiedene Modulationsverfahren der Datenubertragung. Stuttgart.
Techn. Univ., Diss. 1971.
5.4 Rother, D.: EinfluC von Gruppenlaufzeit- und Dampfungsverzerrungen auf
die Empfangssicherheit bei mehrstufiger Phasenmodulation. Nachrichtentech.
Z. 28 (1975) 18-24.
5.5 Panter, P.F.: Modulation, noise and spectral analysis. New York: McGraw
Hill 1965.
6.6 Wheeler, H. A.: The interpretation of amplitude and phase distortion in.
terms of paired echoes. Proc. IRE, June 1939, S. 359—385.
5.7 Griitzmann, S.: Simulation von Datenubertragungssystemen mit Daten-
verarbeitungsanlagen. Nachrichtentech. Eachber. 37 (1969) 247—256.
6.8 Bross, Г.; Till, R.;Welzenbach, M.: ZurOptimierung der Filter des 4-Phasen.
modems bezuglich minimaler Fehlerwahrscheinlichkeit. Frequenz (1971)
366-361. ■
5.9 Brownlie, I. D.; Groves, K.: An experimental 4800 bit/s adaptively-equalized
modem for switched telephone connections. Internat. Zurich Seminar on
Digital Commun. 1974, S. H1, 1-6.
6.10 Swoboda, J.'. Messung imd Analyse der Fehler bei Datenubertragung auf
rernsprechkanalen. Arch, elektr. Uberteag. 23 (1969) 403-412.
5.11 Elliot, E. О.: A model of the switched telephone network for data
communications. Bell Syst. Tech. J. 44 (1965) 89—110.
5.12 Swoboda, J.: Ein statistisches Modell fiir die Fehler bei binarer Datenuber-
tragung auf Fernsprechkanalen. Arch, elektr. Ubertrag. 23 (1969) 313—322..
15.13 Pangratz, H.: Simulation von Storungen auf Datenleitungen. ElektrotecE,
Maschinenbau 91 (1974) 39-41. . ч
5.14 Russ, E.: Erfassung von Fehlerstrukturen bef der Ubertragung digitaler
Signale. Internat. Zurich Seminar on Digital Commun. 1974, S. G3, 1—3.
5.15 Hessenmiiller, H.; Martin, D.: Kanalcodierung und Dateniibertragung im I
Basisband auf NF-Kabeln fur ein Datennetz. Internat. Ziiricli Seminar on
Digital Commun. 1974, S. H2, 1-5.
5.16 Bosse, G.: Einfiihrung in die Synthese elektrischer SiebschaltUngen. Stuttgart:
S. Hirzel 1963.
5.17 CCITT: Recommendation V. 23: 600/1200-Baud modem standardized for
use in the general switched telephone network. Green Book, Vol. VIII, Genf:
ITU 1973.»
5.18 Cassens, H.; Kaltenbach, A.; Schallert, G.; Tietz, W.: Der Dienst bei der
Deutschen Bundespost. Bd. 6, 11. Teil, Teilband II: Dateniibertragungs-
technik. Hamburg—Berlin: R. v. Deckers Verlag, G. Schenk 1971.
5.19 Gommlich, H.: Messen und Entzerren von Ubertragungswegen fiir die
Dateniibertragung. Nachrichtentech. Z. 28 (1975) К148—K153.
5.20 CCITT: Recommendation M. 102: Characteristics of special quality leased
circuits (for example, for data transmission). Green Book, Vol. IV, Genf: .
ITU 1973.
5.21 Siglow, J.: Modem fiir 2400 bit/s zur Dateniibertragung auf Fernsprechwegen,
Siemens-Z. 42 (1968) 964—968.
5.22 Siglow, J.: Valenta, H.: Datenubertragungseinrichtung „Modem 4800" fur
5 festgeschaltete Fernsprechwege. Siemens-Z. 47 (1973) 525—530.
5.23 Schiissler, W.: Zur allgemeinen Theorie der Verzweigungsnetzwerke. Arch,
elektr. Ubertrag. 22 (1968) 361-367.
5.24 Lucky, R. W.: Automatic equalization for digital communication. Bell Syst.
Tech. J. 44 (1965) 547-588.
5.25 Mohrrnann, K.: Einigc Verfahren zur adaptiven Einstellung von Entzerrern
•fiir die schnelle Dateniibertragung. Nachrichtentech. Z. 24 (1971)18 —24.
5.26 Chang, R. W.: Joint optimization of automatic equalization and carrier phase
acquisition for digital communication. Bell Syst. Tech. J 49 (1970) 1069
bis 1104.
5.27 Schonfeld, T. J.; Schwartz, M.: A rapidly converging first-order training
algorithm for an adaptive equalizer. IEEE Trans. Inf. Theory. IT-17 (1971)
431-439.
5.28 Schonfeld, T. J.; Schwartz, M.: Rapidly converging second-order tracking
algorithms for adaptive equalization. IEEE Trans. Inf. Theory. IT-17 (1971)
572-579.
5.29 Chang, R.W.: A new equalizer structure for fast start-up digital communication.
Bell Syst. Tech. J. 50 (1971) 1961-2014.
. 5.30 jSfewhall, E. E.; Qureshi, S. U. H.; Simone, C.F.: A technique for finding
. approximate inverse systems and its application to equalization. IEEE Trans.
Commun. Technol. COM-19 (1971) 1116—1127.
" &.31 Lawrence, R. E.;Kaufmann, H.: The Kalman filter for .the equalization of
a 'digital commimication channel. IEEE Trans. Commvm. Technol. COM-19
260
(1971) 1137-1141.
5.32 Ungerboeck, G.s Nonlinear equalization of binary signals in gaussion noise.
IEEE Trans. Commun. Technol. COM-19 (1971) 1128-1136.
5.33 Ho, E. Y.: Optimum equalization and the effect of timing and carrier phase
on synchronous data systems. Bell Syst. Tech. J. 50 (1971) 1671—1689.
5.34 Gibson, E. D.: A highly adaptive 9600/4800 bps data modem for voiceband
telephone channels, 1970, ICC, Conf. Rep. Vol. I, S. 12-1.
5.35 DAS 1791174 vom 26. 9. 1968 (Erfinder: Wendland, В.): Entzerrerschaltung
zur Beseitigung linearer Verzerrungen.
К главе 6
6.1 NTG: Empf. 1202: Begriffe der Telegrafentechnik und der Telegrafie-End-
einrichtungen fiir Datenubertragung. Xachrichtentech. Z. 24 (1971) 481—495.
6.2 Postleitfaden Band 6, „Fernmeldetechnik", 6. Teil „Telegrafentechnik",
Band 6/6-III „Fernschreib- und Datenvermittlungstechnik", Hamburg:
R. v. Deckers Verlag, G. Schenk 1971.
6.3 ISO: Recommendation R 1745: Basic mode control procedures for data
communication systems.
■6.4 Kleinrock, L.: Computer communication networks. 1st Canadian Internet.
Seminar on Computer Commun. Syst. Ottawa, 1973.
■6.5 Schaffer, В.: Time division multiplex switching in modein data switching
systems. IEEE Internet. Conf. on Commun. 1972, Conf. Ree. S. 5—13 bis
5-18.
6.6 Kammerl, A.: Eine vollelektronisclie Fernschreib- und Datenwahlvermitthmg.
Kachrichtentecli. Z. 19 (1966) 322-330.
€.7 Harle, P.: Koppelnetze fiir Zeitmultiplex-Vermittlungsstellen. Xachrichten»
tech. Z. 23 (1970) 465-471.
■6.8 CCITT: Recommendation X. 70: Terminal and transit control signalling
system for start-stop services on international circuits between anisochronous
data network. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
■6.9 KTG: Empf. 0902: Vermittlungstechnik, Begriffe der Systemtechnik. Xach-
richtentech. Z. 25 (1972) K125-K136.
6.10 Gerke, P. R.: Rechnergesteuerte Vermittlungssysteme, Кар. 6: Probleme der
Zentralisierung. Berlin, Heidelberg, JSTe\v York: Springer 1972.
6.11 Stormer, H.: Behlendorff, E.; Bininda, N.; Bretschneider, G.; Hoffmann, E.;
Suchlandt, H.: Verkehrstheorie, Grundlagen fur die Bemessung von Nach-
richten-Vermittlungsanlagen. Miinchen: R. Oldenbourg 1966.
6.12 Kfihn, P.: Entwicklimgstendenzen in der Nachrichtenverkehrstheorie.
Nachrichtentech. Z. 26 (1973) 341-345.
6.13 NTG: Empf. 0903: Vermittlungstechnik und Verkehrstheorie, Begriffe.
Kachrichtentech. Z. 24'(1971) K57—K61.
6.14 Lotze, A.: History and .development of grading theory. Arch, elektr. tjbertrag.
25 (1971)402-410.
■6.15 Martin, J.: Design of real-time computer systems, Кар. 26: Probability.and
queuing theory. Englewood Cliffs: Prentice-Hall 1967.
261
G.16 Tabellenbuch Fcrnsprcchverbchrsthcoric Toil 1. Muiichen: Siemens AG 1970.
• 6.17 Kulm, P.: tlber die Bercclmtmg dcr Wartejscitcn in Vehuittlungs- unci Rech-
nersystemen. 15. Bericht viber verkehrethcorctische Arbeitcn des- Institnts fur
Na'chriehtenvermittlung und Datenvcrarbcitnng, Stuttgart, 1972;
6.18 Zimmcrmaim, G. O.; Stormcr, H.: Wartczeiteu in Xachrichtcnvcrraittlimgcn
mit Speiehern. Munchcn: R. Oldcubourg 1901
6.19 Segal, M.: A multiserver system, with a finite number of sources and delayed
requests served at random. 6. Internet. Teletraffic Congr., 1970. Congr. Book
S. 332/1.-332/4.
6.20 Langenbach-Belz, M.: On an multi-server queuing system with .constant hold?
ing time and priorities. Arch, elektr. tlbertrag. 25 (1971) 442—444.
6.21 Bretschneider, G.: Die Hauptverkehrsstunde in Fernsprechanlagen. Kach»
richteritech. Z. 12 (1959) 205-209i
6.22 Rahko, K.: A study of the traffic process based on measurements. C. Intern.
Teletraffic Congr., 1970. Congr. Book S. 532/1-532/9.
6.23 Wagner, W.: Queuing systems with priorities and intervals of saturation.
Arch, elektr. tlbertrag. 25 (1971) 445-448.
6.24 Stormer, H.: Anwendung des Stichprobenverfahrens beim Beurteilen von
Fernsprechverkehrsmessungen. Arch, elektr. tlbertrag, 8 (1954) 439—446.
Список литературы, яереведенной на русский язык
2.4. Шеннон К. Связь при наличии шума. — Работы по теории информации
и кибернетике. М.: ИЛ, 1963, с. 433—460.
2.5. Шеннон К- Математическая теория связи. — Работы по> теории инфор«
мации и кибернетике. М.: ИЛ, 1963, с. 243—332.
2.15. Бриллюэн Л. Наука и теория информации. М.: Физматгиз, 1960.
2.27. Галлагер Р. Теория информация и надежная связь. М.: Сов. радио.
1974.
2.31. Питерсон У. Коды, исправляющие ошибки. М.: Мир, 1964.
2.32. Фано Р. Передача информации. Статистическая теория связи. М.: Мир,
1965.
4.46. Питерсон У. Коды, исправляющие ошибки. М.: Мир, 1964.
4.53. Бронштейн И. Н., Семендяев К- А. Справочник по математике для
инженеров и учащихся вузов. М.: Физматгиз, 1962.
6.11. Теория телетрафика/Штермер X., Белендорф Э. и др. М.: Связь, 1971.
Дополнительная литература на русском языке ,
1. Автоматические системы коммутации/Под ред. О. Н. Ивановой. М,:
Связь, 1978.
2. ГОСТ 17657—72. Аппаратура передачи данных. Термины и определения.
3. Белецкий А. Ф. Основы теории линейных электрических цепей М.: Связь,
1967.
4. Бородин Л. Ф. Введение в теорию помехоустойчивого кодирования. М.:
Сов. радио, 1968.
5. Гойхман Э. Ш., Лосев Ю. И. Передача информации в АСУ. М.: Связь,
1976.
6. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио,
1977.
7. Гроднев И. И., Курбатов Н. Д. Линейные сооружения связи. М.: Связь,
1974.
8. Давыдов Г. Б., Рогинский В. Н., Толчан А. Я. Сети электросвязи. М.:
Связь, 1977.
262
9. Дэвис Д., Барбер Д. Сети связи для вычислительных машин: Пер. с
англ./Под ред. Б. С. Цыбакова. М.: Мир, 1976.
10. Емельянов Г. А., Шварцман В. О. Передача дискретной информации
и основы телеграфии. М.: Связь, 1973.
11. Зелигер Н. Б. Основы передачи данных. М.: Связь, 1974.
12. Каналы передачи данных/Под ред. В. О. Шварцмана. М.: Связь, 1970.
13. Кловский Д. Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам, М.:
Связь, 1969.
14. Кловский Д. Д. Теория передачи сигналов. М.: Связь, 1973.
15. Кловский Д. Д., Николаев Б. И. Инженерная реализация
радиотехнических схем (в системах передачи дискретных сообщений в условиях
межсимвольной интерференции). М.: Связь, 1975.
16. Лазарев В. Г., Саввин Г. Г. Сети связи, управление и коммутация. М.:
Связь, 1973.
17. Лившиц Б. С, Фидлин А. Я., Харкевич Б. С. Теория телефонных и
телеграфных сообщений. М.: Связь, 1971.
18. ГОСТ 18238—72. Линии .передачи СВЧ. Термины и определения.
19. Мартынов Ю. М. Обработка информации в системах передачи данных,
М.: Связь, 1969.
20 Основы построения интегральной сети связи/Ершов В. А., Ершова Э. Б.,
Иванова О. К, Куликова Т. А. М.: ВЗЭИС, 1974.
21. Позин И. Л., Щербо В. К. Телеобработка данных в автоматизированных
системах. М.: Статистика, 1976..
22. Рубин М., Холлер К. Коммутационные системы сетей связи: Пер. с
англ./Под ред. Ю. М. Мартынова. М.: Связь, 1972.
23. ГОСТ 22515—77. Связь телеграфная. Термины и определения.
24. Сети ЭВМ/Под ред. В. М. Глушкова. М.: Связь, 1977.
25. ГОСТ 22670—77. Сеть связи цифровая интегральная. Термины и
определения.
26. ГОСТ 19692—74. Системы и приборы связи коммутационные. Термины
и определения.
27. ГОСТ 18145—72. Системы передачи далных. Цепи и параметры обмена
на стыке С2 при последовательном вводе — выводе дискретной информации.
28. ГОСТ 18146—72.. Системы передачи данных. Цепии параметры обмена
на стыке СЗ при параллельном вводе — выводе дискретной информации.
29. Тамм Ю. А. Адаптивная коррекция сигналов передачи данных. М.:
Связь, 1979.
30. ГОСТ 21835—76. Устройство управления коммутационной техники связи.
Термины и определения.
31. Финк Л. М. Теория 'передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио,
1970. '
32. Финк Л. М. Сигналы, помехи, ошибки... (Заметки о некоторых
неожиданностях, заблуждениях и парадоксах в теории связи). М.: Связь, 1972.
33. Цыбулин М. К. Эхозаградительные устройства на сетях связи. М.:
Связь, 1979.
34. Эллдин А., Линд Г. Основы теории телетрафика: Пер. с англ./Под ред.
А. Д. Харкевича. М.: Связь, 1972.
35. Шварцман В. О., Емельянов Г. А. Теория передачи дискретной
информации. М.: Связь, 1979.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие к русскому изданию 5
Предисловие - .■ . 6
1. Обзор 8
1.1. Обработка и телеобработка данных 8
1.2. Автономная и управляемая телеобработка данных . ... 8
1.3. Классификация систем телеобработки данных ... ... 10
1.4. Структура систем телеобработки данных 11
1.5. Требования к технике связи и коммутации в системах
телеобработки данных 13
1.6. Техника связи в системах телеобработки данных 14
2. Основные понятия техники связи 23
2.1. Сообщение, данные . .... 24
2.2. Сигналы .... 25
2.3. Некоторые основные понятия теории информации ...... 34
2.4. Кодирование .,,..,.. 41
3. Каналы связи . . . , . 53
3.1. Каналы ближней связи 55
3.2. Каналы дальней связи 78
4. Методы передачи данных . ... 97
4.1. Теоретические основы передачи данных .... ... 98
4.2. Методы передачи в первичной полосе частот ... ... 118
4.3. Методы передачи с применением модуляции 130
4.4. Восстановление тактов и несущей 157
4.5. Вероятность ошибки при наличии помех 166
5. Учет свойств реальных каналов связи при передаче данных . . . 176
5.1. Критерии оценки 177
5.2. Влияние характеристик каналов связи на передачу данных . • . 180
5.3. Коррекция принимаемого сигнала данных 190
6. Основы коммутации данных . . . . 216
6.1. Назначение и принцип действия коммутационного оборудования , . 216
6.2. Анализ систем коммутации на основе теории телетрафика , . . 231
Список литературы 252
Список литературы, переведенной на русский язык . . ... 262
Дополнительная литература на русском языке 262
Л. Боннер'
Передача данных
Техника связи в системах
телеобработки данных
ТОМ. 2. УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
Совместное 3. Грютцманом,
И. Петерсеном, Г. Финком, Г. Г. Фоссом
Перевод с немецкого С. М. Широкова
под редакцией Д. Д. Кловского
МОСКВА
"РАДИО И СВЯЗЬ" 1981
l\ '
ББК 32.88 °
Б78
УДК 621.391
Боккер П.
Б78 Передача данных: Техника связи в системах
телеобработки данных. В 2-х томах. Том 2. Устройства и
системы: Пер. с нем./Под ред. Д. Д. Кловского. — М.:
Радио и связь, 1981. — 256 с, ил.
В пер.: 1 р. 40 к.
Описываются технические средства передачи данных, причем наиболее
подробно — аппаратура передачи данных (АПД). Большое внимание
уделяется стыкам АПД с оконечным оборудованием данных и различным
типам модемов. Рассматриваются также коммутационное оборудование и
принципы построения сетей передачи данных. В приложении приводятся
справочные данные, касающиеся международных стандартов в
рассматриваемой области. Первый том, посвященный основам передачи данных, был
переведен и издан в 1980 г. |
Книга предназначена для инженерно-технических работников в
области современных систем передачи данных.
30602—071 (
Б : 41—81 (С.)] 2402040000 ББК 32.88
046(01)—81 Г
/ 6Ф1
Редакция литературы по электросвязи
Перевод осуществлен с разрешении издательства
«Springer- Verlag»
© by Springer-Verlag Berlin/Heidelberg 1977 and 1979.
© Предисловие, примечания, сноски, издательство «Радио и связь», 1981.
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Предлагаемый вниманию советского читателя второй том
двухтомной монографии «Передача данных», 'подготовленной группой
ведущих специалистов известной западногерманской фирмы
«Сименс» под руководством П. Боккера, посвящен техническим
средствам передачи данных. В первый том, изданный в русском
переводе (В 1980 г., были включены главным образом вопросы,
относящиеся к теоретическим основам передачи дискретной информации.
Настоящий том не содержит каких-либо теоретических
обобщений и целиком -посвящен описанию основных типов ныне
действующего оборудования, применяемого при передаче данных по
телефонным сетям 'общего пользования, специализированным сетям
передачи данных и арендованным каналам. Отдельная глава
посвящена особенностям использования коротковолновых радиоканалов.
Наряду с самой аппаратурой передачи данных достаточно-
подробно рассмотрены коммутационное оборудование и измерительная
аппаратура, а также принципы построения сетей передачи данных.
Как и в первом томе, авторам удалось несмотря на скромный
объем книги и краткость изложения охватить достаточно
обширный круг ©опросов и включить в книгу 'богатый фактический
материал. Приведено большое число схем, числовых данных и диаграмм,
отражающих практический опыт эксплуатации систем передачи
данных. Многочисленные сведения, касающиеся Рекомендаций
МЖКТТ hi других международных стандартов, приведенные как в
основном тексте книги, так и в виде отдельной сводки в
приложении, делают ее ценным справочным пособием в рассматриваемой
области.
Хотя в тексте содержатся отдельные ссылки на разделы первого
тома, большую часть материала данного тома можно ,с успехом
изучать и использовать независимо от первого.
Учитывая практический характер книги, мы сочли
целесообразным, как и в первом томе, добавить список основных изданий на
русском языке, в которых 'читатель может найти необходимую
дополнительную информацию по затронутым вопросам.
Настоящий перевод выполнен со второго, ■исправленного
издания книги, вышедшего в ФРГ в 1979 г. При переводе нумерация
глав была изменена: седьмая глава стала первой, восьмая — вто-
5
рой :н т. д. Это следует иметь в виду, встречая ссылки на данный
том в первом томе.
Д. Кловскии
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Настоящая книга, 'представляющая собой второй том
монографии «Передача данных. Техника связи в системах телеобработки
данных» и названная «Устройства и системы», содержит описание
технических средств .передачи данных электрическим способом и
служит, таким образом, 'естественным завершением первого тома
«Основы», в .котором в сжатой форме освещены основные понятия
ш теоретические положения техники связи, наиболее важные для
передачи данных.
В этом томе рассматривается сама аппаратура передачш
данных, особенно такие ее свойства и характеристики, которые
представляют интерес для 'пользователя. Подробно описаны, например,
стыки между аппаратурой передачи данных, установленной у
абонента, и оконечным оборудованием данных, различные типы
.модемов. Рассматриваются аппаратура передачи данных и
коммутационное оборудование, применяемое в сетях передачи данных. Нашли
отражение и наиболее существенные ©опросы, связанные с
'построением этих сетей. Одна из глав целиком посвящена особенностям
передачи данных по 'коротковолновым радиоканалам, -причем
основное 'внимание обращено на некоторые специальные области
применения радиосвязи, в частности связь с -подвижными объектами
(корабельную радиосвязь, передвижные радиостанции различного
гражданского и военного назначения). Описание технических
средств передачи данных завершается разделами, 'посвященными
•критериям и вспомогательным средствам контроля и обслуживания
аппаратуры. В приложении приведен перечень многочисленных
международных и национальных соглашений и стандартов в
области передачи данных по состоянию на весну 1976 г.
Второй том, так же как и первый, является результатом
совместной работы с докторами Зигмаром Грютцманом и Иоахимом Пе-
терсеком, инженером Гербертом Финком 'и -доктором Гансом Фос-
со-м. Ответственность ва тексты отдельных разделов
распределяется следующим образом: «Аппаратура передачи данных» — доктор
Грютцман, «Коммутационное оборудование»—доктор Петерсен,
«Сети передачи данных»—инженер Финк, «Передача данных по
коротковолновым радиоканалам», «Измерения в технике передачи
данных» — доктор Фосс, «Приложение» — доктор Боккер. Кроме
этих главных авторов в составлении раздела «Аппаратура
передачи данных» принимали участие доктор Армии Таннхоизер, инженер
Финк, доктора Геро Шолл-майер, Фосс и Боккер, в составлении
в
раздела «Сети передачи данных»—доктор Петерсен, разделов
«Передача .данных по коротковолновым радиоканалам» — инженер
Макс Ойлингер, «Измерения в технике передачи данных» —
инженер Эрвин Шенк. Дополнительно к этому после кончины доктора
Фосса осенью 1976 г. Ойлингер и Шенк взяли «а себя
окончательную обработку разделов «Передача данных по коротковолновым
радиоканалам» и «Измерения в технике передачи данных».
Я благодарю своих многочисленных коллег, сотрудников фирмы
«Сименс» за ценные советы и помощь. Особенно сердечную при-
знгггельность хотелось бы выразить всем названным выше
соавторам за "лх активное содействие, которое только ш сделало
возможной подготовку этой книги.
Мюнхен, весна 1976
П. Боккер
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Теория и техника передачи данных по-прежнему находятся в
состоянии интенсивного развития. Поэтому во втором издании я и
меи соавторы не только исправили некоторые ошибки и опечатки, но
и насколько это было возможно привели текст в соответствие с
современным состоянием техники. Для того чтобы учесть
многочисленные, вновь появившиеся соглашения и стандарты в области
передачи данных, особенно необходимой была полная переработка
приложения.
Мои соавторы и я благодарны нашим читателям еа .их
доброжелательные и .полезные замечания.
Мюнхен, май 1979
П. Боккер
7
1. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Основное .назначение аппаратуры передачи данных (АПД)
состоит в преобразовании сигналов, поступающих с оконечного
оборудования данных (ООД), таким образом, чтобы сделать
возможной их передачу в полосе частот .'используемого канала связи (см.
том 1, разд. 3) *.
В зависимости от обстоятельств АПД может быть установлена
в том .или ином пункте тракта передачи. При передаче данных по
телефонным сетям АПД .необходимо устанавливать только у
абонента. Если речь идет о специализированной сети передачи данных,
то для различных видов каналов, входящих ;в соединительный
тракт, при этом требуются разные типы АПД. Для передачи
данных от оконечных установок к ближайшим узлам сети в основном
служит аппаратура, предназначенная для работы по
(низкочастотным кабельным линиям, а для связи между узлами — аппаратура,
применяемая в системах с частотным разделением каналов или
MKjM. Многоканальная передача позволяет особенно эффективно
использовать имеющуюся в распоряжении полосу частот линии
связи.
Между АПД и ООД, установленными у абонента, имеется
некоторый стык**, унифицированный на международном уровне
соответствующими рокмендациями МККТТ и стандартами ИСО ***.
Этот вид АПД в соответствии с сигналами на стыке обеспечивает
также установление и разъединение соединения.
Стандарты на стыки АПД у абонентов сетей передачи данных,
кроме того, включают в себя и положения, -касающиеся
коммутационных функций. При этом сигналы стыка должны быть
преобразованы в сигналы управления, подаваемые в абонентскую линию
соответствующего узла коммутации. Предусмотренные для этого
части АПД сетей передачи данных рассматриваются в разд. 2.2,
посвященном устройствам коммутации.
* Аппаратура передачи данных подразделяется па устройство
преобразования сигналов (УПС) и устройство защиты от ошибок (УЗО) (4*]. {Прим. ред.)
** Согласно [4*] стык определяется как «совокупность правил
взаимосоединения устройств, выполняющих различные функции и определяющих тип, число и
назначение соединительных цепей, порядок обмена, а также тип и форму
сигналов, передаваемых по этим цепям». (Прим. ред.)
*** Сведения об этих международных организациях приведены в
приложении. На основе международных соглашений разработаны отечественные ГОСТ
на стыки [5*, 6*, 24*]. {Прим. ред.)
8
При использовании АПД, установленной у абонента телефонной
сети, обмен .информацией в процессе установления соединения
может осуществляться через особый стык с помощью специальных
устройств, так что и в этом случае соединение может
устанавливаться со стороны оконечного оборудования.
В системах телеобработки данных важное значение имеет
локализация 'неисправностей. Для АПД, применяемой .в телефонных
сетях, уже разработаны первые правила проверки соединительного
тракта передачи данных со стороны ООД с помощью
испытательного шлейфа, который образуется вручную. При этом от оконечного
оборудования посылаются тестовые сообщения, которые затем
передаются обратно через испытательный шлейф, что "позволяет
установить, работоспособен ли участок тракта передачи до
испытательного шлейфа. Для АПД сетей передачи данных методы
локализации неисправностей с применением испытательного- шлейфа еще
находятся в стадии обсуждения и поэтому подробно не
рассматриваются.
Защита данных от ошибок, т. с. обнаружение и исправление
ошибок в .процессе передачи, первоначально рассматривалась
применительно к АПД, установленной у абонента (см. рекомендации
МККТТ V. 41). Однако в современных системах телеобработки
данных эта задача решается в тесной связи с управлением
процессом передачи данных, т. е. на основе системного подхода и
возлагается на оконечное оборудование. Поэтому вопросы защиты
данных от ошибок здесь не рассматриваются. При передаче данных по
коротковолновым радиоканалам, напротив, часто желательно
принимать меры по защите от ошибок, обусловленных свойствами
канала (об этом будет говориться в разд. 4.4).
С учетом отмеченных обстоятельств и выбраны основные
вопросы, составившие содержание данного раздела. Вначале в разд. 1.1
рассматриваются стыки между АПД у абонента и ООД —
абонентские стыки, а также абонентские стыки вызывных приборов и
приборов подключения, в то время как сами эти приборы
описываются в разд. 2.2.
Аппаратура передачи данных, предназначенная для
.коммутируемых телефонных сетей, рассматривается в разд. 1.2. К ней
предъявляются особые требования, так как в соответствии с
соглашениями, принятыми МККТТ, она должна обеспечивать обмен данных «
на 'международном уровне. После общего введения более подробно
■описывается несколько видов АПД, работающей с различными
скоростями, предусмотренными МККТТ. При этом уделяется
внимание и устройствам для автоматического вызова (через абонентские
стыки — см. также разд. 1.1).
Раздел 1.3 посвящен аппаратуре передачи данных,
предназначенной для некоммутируемых соединительных трактов между
абонентами, т. е. для работы на низкочастотных или атупинизнрован-
9
■еых кабельных линиях, по каналам ТЧ и .первичным группам таэдкх
каналов.
Наконец, в разд. 1.4 описывается АПД, применяемая в
коммутируемых >и 'некоммутируемых сетях передачи данных. После
краткого обзора этой аппаратуры в разд. 1.4.1 рассматриваются такие
ее типы, которые, обеспечивают подключение к 'ближайшему узлу
коммутации оконечных установок, работающих как в стартетопном,
так и в .синхронном режиме. Раздел 1.4.2 посвящен .многоканальной
передаче данных. Вначале описываются системы частотного
разделения каналов, а затем—системы временного разделения, включая
аппаратуру для (передачи многоканальных сигналов.
1.1. СТЫК МЕЖДУ АППАРАТУРОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
У АБОНЕНТА И ОКОНЕЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ
ДАННЫХ
Стык между АПД, установленной у абонента, и ООД, так
называемый абонентский стык, должен быть таким, чтобы, с одной
стороны, требования к ООД соблюдались полностью .независимо от
вида АПД и канала связи, а с другой стороны, чтобы АПД
оставалась независимой от системы телеобработки данных. При этом
ООД каждого абонента должно иметь возможность, в принципе,
одинаковым способом обмениваться информацией с ООД других
абонентов по некоммутируемьгм каналам .или сетям передачи
данных с использованием вызывных приборов (ом. разд. 2.2.1), либо
по соединительным трактам телефонной сети с помощью модемов
(см. разд. 1.2 и 1.3). Соответственно работа АПД не должна
зависеть от того, что .именно .подключено: к ней — прибор ввода—вывода
или же аппаратура обработки данных.
Если каналы передачи данных организуются администрацией
св'язи или промышленными предприятиями :н 'Предоставляются в
распоряжение пользователей, стык /дополнительно приобретет
'значение и как граница ответственности: он позволяет четко
разграничить, кому именно — пользователю или организации,
обеспечивающей связь (администрации связи или предприятию), принадлежит
ответственность за те или иные фазы процессов установления и
разъединения соединения пли обслуживания.
Соединение с определенным абонентом может устанавливаться
каким-либо лицом из обслуживающего персонала с помощью
соответствующих элементов управления (клавиш, дискового
номеронабирателя) или оконечным оборудованием данных через стык без
участия человека. Между АПД и коммутационным узлом, а также
между АПД разных пунктов в процессе установления соединения
идет обмен служебной информацией, связанной с управлением, а
в некоторых случаях .и с синхронизацией. После того как
соединение установлено описанным способом, а при необходимости также
10
обеспечен тактовый синхронизм, АПД через стык освобождает
соединительный тракт для 'передачи данных-. Если по техническим
причинам имеется возможность организовать только односторонний
соединительный тракт, то в процессе обмена данными оконечное
оборудование может через стык изменить направление передачи..
Разъединение всегда производится оконечным оборудованием
через стык.
Все процессы в ходе сеанса связи ('включая установление и
разъединение соединения и .изменение 'направления передачи)
должны осуществляться АПД таким образом, чтобы состояние
цепей стыка в каждый момент времени было однозначным. Под этим
подразумевается, что все сигналы данных, поступающие на цепи
передачи, должны действительно передаваться по линии связи, а
в цепях приема данных должна быть 'Исключена ошибочная смена
состояния ib течение всего времени, 'пока прочие цепи работают в
режиме обмена данными.
Стыки описанного типа ib первую очередь получили
распространение в АПД, предназначенной для работы /по 'коммутируемым и
некоммутируемым телефонным каналам: в 'модемах и устройствах
автоматического вызова. Аналогичным образом эти стыки
используются ш в сетях передачи данных, где функции указанных
устройств выполняют вызывные приборы. Независимо от тина АПД
стык содержит кроме цепей заземления, передачи и приема данных
то или иное число цепей управления (для команд, направляемых
на АПД), оповещения (для 'контрольных сигналов, направляемых
на оконечное оборудование), и, поскольку оконечное оборудование
должно иметь возможность посылать через стык сигналы вызова
других установок, цепи автоматического установления соединения.
При .использовании синхронного оконечного оборудования стык
должен также включать в себя цепи синхронизации. В этом случае
данные передаются АПД в соответствии с тактовым сигналом,
имеющимся в цепи синхронизации. При приеме .изохронных сигналов
данных АПД в случае необходимости 'восстанавливает тактовый
синхронизм и принятый сигнал данных поступает на оконечное
оборудование синхронно с тактовым сигналом в приемной цепи
синхронизации.
Для того чтобы в сети передачи данных у абонентов можно
было устанавливать особенно простой тип АПД—приборы
подключения (ом. разд. 2.2.2), наряду с описанным типом стыка был
разработан и другой. При его .использовании 'оконечное оборудование
также участвует в установлении соединения. Управляющей
информацией с узлом коммутации обмениваются не приборы
подключения, а оконечное оборудование. Для этого уже в процессе
установления соединения в соответствии с различными его стадиями оно
должно вырабатывать и посылать по цепи передачи данных
сигналы изменения полярности и знаки, а также распознавать и обраба-
П
тывать изменения полярности и знаки, .поступающие ою цепи
приема данных. При ©том типе стыка в случае использования
старт-стопного оконечного оборудования нужны только .цепи .передачи и
приема данных, а специальные цепи управления, оповещения и
-автоматического соединения не требуются; в случае применения
синхронного оконечного оборудования (вследствие предъявляемого при
этом требования обеспечения возможности передачи произвольной
последовательности битов) необходимы наряду с цепями
синхронизации, передачи и приема данных также цепи управлении и
оповещения.
В последующих .разделах будут описаны различные типы
стыков и рассмотрены электрические свойства их щелей. Все
указываемые характеристики стыков, а также сами стыковочные разъемы
и назначение -их отдельных -контактов отвечают международным
рекомендациям,"'выработанным на основе соглашений между ИСО,
организацией пользователей, с одной стороны, и МККТТ,
организацией ведомств связи и промышленных фирм (см. том 1, разд. 1.6) —
с другой стороны. Эти рекомендации находят свое отражеиие и в
национальных стандартах1. Только благодаря широкой
стандартизации стыкав удается обеспечить почти беспрепятственную
совместную работу оконечного оборудования разных типов с аппаратурой
передачи данных различного выпуска.
1.1.1. АБОНЕНТСКИЕ СТЫКИ АПД, ПРИМЕНЯЕМОЙ
В ТЕЛЕФОННЫХ СЕТЯХ
Цепи стыков, предназначенные для обмена сигналами между
оконечным 'оборудованием данных и аппаратурой передачи данных,
применяемой в телефонных сетях, должны отвечать Рекомендация
МККТТ V. 24 [1.1] и немецкому стандарту DIN 66020, лист!
[1.2]. Перечень сокращенных наименований всех указанных выше
цепей стыка приведен в табл. 1.1.
Какие из этих цепей стыка .применяются в том или ином случае,
зависит от типа АПД и от того, где используется АПД — в
коммутируемой телефонной сети (см. разд. 1.3) или на некоммутируемых
линиях связи (см. том 1, разд.-З). Для модемов, которые работают
по принципу последовательной передачи и относительно которых
уже существуют Рекомендации МККТТ — V. 21, V. 23, V. 26,
V. 26бис, V.27, V. 27бис, V. 27 тер, V.29, V.35 и V.36 (см. [1.3—
1.8], приложения), указания по выбору стыка содержатся в
соответствующих рекомендациях. Об остальных случаях (модемы идя
низкочастотных и .пупинизировамных кабелей, см. разд. 1.3.1) будет
скатано отдельно.
1 В дальнейшем преимущественно цитируются рекомендации МККТТ.
Соответствующие немецкие стандарты перечислены в приложении.
Таблица 1.1
Список цепей стыка согласно Рекомендации МККТТ V.24 (DIN 66020, лист 1)
Назначение цепи стыка
1
Защитное зазекление3
Рабочее заземление
Передача данных
Прием данных
Подключение линии связи
Готовность ООД к работе
Включение передающей части
Применение всех групп частот
Включение высшей скорости передачи
Включение верхней частоты передачи
Включение нижней частоты приема
Вывод (считывание) принятых""данных4
Включение резервного режима4
Передача тонального сигнала подтверждения
Прекращение режима обмена данными4
Включение приемной части
Готовность к работе
Готовность к передаче
Поступивший вызов
Высокая скорость передачи4
Уровень сигнала на приеме
Качество приема
Обозначение принятых данных4
Резервный режим4
Тестовый индикатор
Вспомогательный
канал
Передача данных
Прием данных
Включение передающей части
Готовность к передаче
Уровень сигнала на приеме
Качество приема
Тактовый сигнал передачи, поступающий на
АПД
Тактовый сигнал передачи, поступающий с
АПД
Тактовый сигнал приема, поступающий на
АПД
Тактовый сигнал приема, поступающий с
АПД
Маркирование отсчетов на приемной стороне
Переданный речевой ответ
Принятый ре
чевой ответ
Обозначение по
Рекомендации
МККТТ
V. 24
2
101
102
103
104
108.1
108.2
105
124
111
126
127
133
116
130
132
129
107
106
125
112
109
ПО
134
117
142
118
119
120
121
122
123
113
114
128
115
131
191
192
DIN
66020,
лист 1•
3
Е1
Е2
Ш
D2
Sl.ll
S1.2/
S2
S3
S4
SS
S6
S7
S8
S9
S10
S11
Ml
А42
А43
М4
М5
Мб
W7
М8
HD1
HD2
HS2
НМ2
НМ5
НМ6
Т1
Т2
ТЗ
Т4
Т5
Д'1
А2
Номер
штифта
разъема2
4
1
7
2
3
20
4
23
11
6
5
22
8
25
14
16
19
13
12
24
15
17
13
Продолжение табл. LI
I 2 3*
Дополнительные цепи стыка при автоматическом вызове через
специальный разъем
Защитное заземление3
Рабочее заземление
Адресный бит 1
Адресный бит 2
Адресный бит 3
Адресный бит 4
Занятие линии связи
Передача знаков набора номера
Линия связи занята
Готовность к приему знаков набора
Безуспешный вызо§
С вызванной установкой получено соединение
Функциональная готовность
212
201
206
207
208
209
202
211
203
210
205
204
213
Е21
Е22
mi
W22
W23
W24
S21
S22
М21
М22
М23
М24
М25
1
7
14
15
16
17
4
2
22
5
3
13
6
1 Пояснение обозначений: Е — цепи заземления, D — цепи данных, S — цепн управления
(направление передачи сигналов: ООД-»-АПД), М — цепи оповещения (индикации)
(направление передачи сигналов: АПД-ЮОД), Т —цепи тактовой синхронизации, W —цепи для
передачи знаков набора при автоматическом вызове, Н в качестве первой буквы — цепи
стыка, относящиеся к вспомогательному каналу, А — цепи для речевого ответа.
2 В модемах для" последовательной передачи данных по каналам тональной частоты.
В переработанном стандарте ИСО 2110 [1.18] теперь содержится также распределение
назначения штифтов разъема и применительно к модемам для параллельной передачи данных.
3 Во вновь проектируемых системах не применяется.
* В модемах, а также в приборах подключения и вызывных приборах ие применяется
и поэтому в дальнейшем не рассматривается.
Особым случаем является параллельная .передача
(Рекомендации МККТТ V.20 [1.9] —ранее V.30 н V. 19 ом. разд. 1.2.2). Так
как стыки между АПД и ООД при параллельной .передаче в
функциональном отношении сходны со стыками при последовательной
передаче (только число, цепей данных -больше), то подробно
останавливаться на «их ие будем.
Неком'мутируемые телефонные каналы дают возможность вести
длительную передачу данных между абонентами. Эта 'передача
может ярерьгваться, .если кроме АПД имеются дополнительные
устройства для телефонной связи. Стык ,в этом случае должен
соответствовать стыку АПД при ручном наборе номера в коммутируемой
телефонной сети- (см. разд. 1.3).
При 'Использовании 'Коммутируемых соединительных трактов,
кроме передачи данных следует (рассматривать также процедуры
ручного 'или автоматического установления соединения, которое
осуществляется через специальные цепи стыка и регламентируется
Рекомендацией МККТТ V.25 [1.10].
1.1.1.1. УСТАНОВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЯ В ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ
Установление соединения начинается с вызова (набора номера)
желаемого абонента. Как уже упоминалось, вызов может ■осуществ-
14
ляться самим абонентом, например с -помощью номеронабирателя
телефонного аппарата, или автоматически оконечным
оборудованием данных с помощью устройства автоматического вызова (УАВ),
которое Рекомендацией МККТТ V. 24 определяется как составная
часть АПД (ом. разд. 1.2.3). На рис. 1.1 показаны временные
диаграммы процессов, происходящих в цепях стыка между ООД и
УАВ. Оконечное оборудование начинает процесс набора номера,
в ходе 'которого оно переводит цепь стыка 202 е состояние
«включено» и .подключает УАВ к линии связи. Занимая линию связи, это
устройство тем самым берет на себя дальнейшие функции
установления соединения и прежде всего переводит цепь 203 в состояние
«включено». После распознавания сигнала приглашения к набору
номера (тонального сигнала искания) от телефонного узла
.коммутации (цепь 210 в
состоянии «включено») УАВ
переходит к передаче на
линию связи через цепи
206—209 двоичной
комбинации, представляющей
первую цифру
вызываемого номера. Каждая
следующая цифра поступает
от УАВ при наличии
состояния «включено» в
цепи 210 и передается, как
только от ООД поступает
разрешающий сигнал в
форме состояния
«включено» цепи 211. Выдачу
каждой цифры УАВ
подтверждает состоянием
«выключено» цепи 210.
Конец набора номера
обозначается с помощью
специальной двоичной комбинации «Конец номера» (международное
сокращение — EON, End of Number), которая поступает от УАВ как
только цепь 211 будет переведена ООД в состояние «включено».
Выдачу этой комбинации УАВ также подтверждает состоянием
«включено» в цепи 210. Затем ООД переключает цепь 211 в
состояние «выключено» и переводит в состояние «включено», если ?.того
еще не произошло ранее, цепь 108.2. После этого УАВ посылает
в линию прерывистый сигнал вызова.
Аппаратура передачи данных вызываемой оконечной установки
после поступления сигнала вызова подключается (либо
автоматически после обработки этого сигнала, либо вручную) .к линии связи
к 'Подтверждает подключение, посылая в линию связи тональный
крсмя ±—
Рис. 1.1. Последовательности сигналов на
стыке между АПД и ООД при
автоматическом вызове (сигналы в цепях 205 и 213
не показаны):
интервал А — поступление цифр набираемого
номера; интервал В — поступление знака
15
сигнал ответа. Принятый сигнал вызова ООД в обоих случаях
передает на цепь стыка 125.
В вызывающей оконечной установке УАВ, как только оно
получит сигнал ответа (не жаднее окончания этого сигнала),
переключает линию на модем. Для ООД сигналом ю подключении модема
служит состояние «включено» цепи 107. После выдачи этого
сигнала модем самостоятельно обеспечивает дальнейший ход сеанса
связи. Устройство автоматического вызова .переводит цепь 204 в
состоящие «включено» и подтверждает успешное установление
соединения. Теперь ООД путем перевода цепи 202 в состояние
«выключено» может возвратить УАВ в исходное состояние.
Если УАВ не получает от вызываемой оконечной установки
ответа в течение 10—40 с (например, необслуживаемая установка в
данный момент не работает или линия замята), то оно
сигнализирует об этом ООД переводом .цепи 205 в оостояние «включено».
Затем УАВ должно вернуться в исходное состояние путем
переключения © начальное состояние цепи 202.
1.1.1.2. УСТАНОВЛЕНИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОГО ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Для подключения АПД к линии связи после установления
соединения (рис. 1.2) используется либо цепь стыка 108.1, либо ее
вариант 108.2. В то время как оостояние «включено» в цепи 108.1
п Вкл.
^ Выкл.'
1 Вкл..
5 Выкл.
>-
п: ВКЛ..
§ Выкл.
2 Вкл. _
5 Выкл.
ё. О
ё 1
JTJTJJUTJTJTJTJTJXTLJTJ-Iri_ 1,3/
аз ВКЛ.
% Выкл.
1 Вкл.
5 Выкл.
>• Вкл.
го ВЫКЛ.
1 о
с Вкл.
Выкл.
Цепь N"
-10В.1/1С
-107
-105
-106
-103
114
Врем?!
сраб
Л
-103.1/108.2
-107
-109
■104
JTJXrLTLnjTJTnJTJT_rUTJn_ 115
Рис. 1.2.
Последовательности сигналов на стыке
между АПД и ООД при
использовании
телефонных соединительных
трактов (время
прохождения сигналов от
передающей до приемной
установок не
учитывается, т. е. принято равным
нулю) :
'сраб — время срабатывания
цепи 109; (посл — время
последействия цепи 109; tB —
время задержки между
переходами в состояние
«включено» цепей 105 и 106
.непосредственно обеспечивает подключение АПД к линии, такое же
состояние в цепи 108.2 имеет лишь подготовительные функции. Это
означает, что ручное подключение кроме указанного состояния тре-
16
бует еще нажатия соответствующей -клавиши в АПД на -передаче и
обработки поступившего вызова в АПД .вызываемой
необслуживаемой установки. Если же вызывающая установка является
необслуживаемой (т. .е. подключение осуществляется автоматически), то
необходима описанная выше обработка ответного сигнала в ее УАВ.
Когда подключение 'Произведено, АПД сообщает о своей готовности
к работе, -переводя цепь 107 в состояние «включено».
После того как ООД передающей установки перевело цепь 105
в состояние «включено», АПД -посылает в линию связи сигнал
'передачи. Однако поступление передаваемых данных с ООД в цепь
103 может начаться лишь тогда, когда АПД освободит
соединительный тракт, переведя <в состояние «включено» цепь 106.
Интервал времени t3 перед освобождением соединительного тракта
необходим для надежного -распознавания принятого сигнала в
приемнике вызванной установки. При синхронном режиме, кроме того, в
течение этого времени приемник входит в синхронизм. В случае
■использования устройств -передачи данных с адаптивными
корректорами в течение времени t3 «посылаются апециалыные стартовые
сигналы, необходимые для настройки корректора (см. разд. 1.2.1.4
и 2.3.2).
Для АПД приемной оконечной установки предусмотрено
определенное .время срабатывания: поступивший сигнал передается на
цепь стыка 109 не сразу, а с задержкой на ^сраб- Такая задержка
необходима для того, чтобы достаточно надежно -можно -было
отличить -принятый -сигнал от импульсных помех, при синхронном
режиме установить синхронизм, а .в случае использования АПД с
адаптивными /корректорами настроить последние. В то время когда цепь
109 находится в состоянии «выключено», в цепи приема данных 104
АПД 'может сохранять состояние «1», чтобы воспрепятствовать
ложным сменам ее состояния, -возможным при нулевом уровне
сигнала за счет-импульсных .помех. С переходом в состояние
«включено» цепи 106 или 109 -установление соединения заканчивается.
1.1.1.3. СИНХРОННЫЙ РЕЖИМ
В синхронном режиме данные поступают на стык в
соответствии с тактовыми оипналами. Последние юводятся но цепям 113 или
114 в зависимости от того, где они формируются—в ООД -или
АПД. Для тактового сигнала, синхронизирующего АПД на
приемной стороне, предусмотрена цепь 115. Каждый переход из
состояния «включено» в состояние «выключено» цепи синхронизации
-маркирует очередной момент -передачи данных на стык.
1.1.1.4. ДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ
В дуплексном режиме каждая АПД одновременно ведет
передачу и прием. Поэтому соединительный тракт оказывается свободным
для передачи данных лишь тогда, .когда посланный -сигнал принят
17
АПД (Противоположной стороны и тем самым подключение
подтверждено (рис. 1.3). В этом случае цепь 106 переходит в состояние
«включено» лишь при наличии состояния «включено» -цепи 109.
■ Вкл.
| Выкл. ■
! Вкл.
! Выкл.
i. Вкл. .
Выкл.
! ВКЛ.
; Выкл.'
i о
■ 1
о
1
Вкл.
Выкл. -
Вкл.
Выкл. "
Вкл. .
Выкп.
Вкл.
Выкл. "
О
1 "
О
1
Цепь И»
-107
■105
■106
Г=
Время-*-
|_fcpa6j р----^^
.104
1П7
105
106
109
103
Рве. 1.3. Последовательности сигналов на стыке между АПД и ООД и начало
передачи данных в дуплексном режиме:
*сраб — время срабатывания цепи 109
1.1.1.5. ПОЛУДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ
В полудуплексном режиме АПД попеременно 'работает «а
передачу и на прием (рис. 1.4). Изменение направления передачи
осуществляется тем ООД, которое распознает конец .принятого
сообщения. Конец может быть выявлен по принятой последовательности
битов (после чего ООД на передающей стороне переводит цепь 105
в состояние «выключено» и в АПД выключается передатчик) нли
по снижению уровня приема ниже установленного минимального
значения. В обоих случаях ООД на приемной стороне должно
ожидать перехода цепи 109 в состояние «выключено». Такой переход
.происходит после 'упомянутого снижения уровня приема не сразу,
а лишь через определенное время последействия (/поел на рис. 1.4),
превышающее длительность перерывов, которые возможны в
канале связи. Только когда зафиксировано состояние «выключено» цепи
109, ООД оконечной установки, работавшей ранее на прием,
переключается на передачу, переводя цепь 105 в состояние «включено».
Передача данных начинается после того, как АПД посредством
перевода 'цепи 106 в состояние «включено» откроет соединительный
тракт. До тех пор, пока цепь 105 находится в состоянии «включе-
18
но», цепь яршема данных 104 работающей на .передачу установки
для защиты от ложных изменений 'состояния (юм. .разд. 1.1.1.2)
должна находиться в состоянии «1».
Установка 1 — передающая.
Установка
Вкл.
Выкл.
Вкл.
Выкл.
I Вкл.
~ Выкл.
0
1
0
1
Зкл
Выкл.
Вкл.
Выкл.
Вкл.
• Выкл.
0
1
0
1
установка 2 — приемная установка 2 -
I-* .— .-^передающая
-I !—!
J
гсраб
J
Время —•-:
_г
'cpaC_J
Цепь N1
105
106
109
103
104
105
106
109
103
104
Рис. 1.4. Последовательности сигналов на стыке между АПД и ООД при
работе в полудуплексном режиме и изменении направления передачи:
£сра1-, — врем'я срабатывания цепи 109; *посл — время последействия цепи 109; ts — время
задер>;:-:;1 между переходами в состояние «включено» цепей 105 и 106
По окончании переданного .сообщения ООД (переводит цепь 105
з состояние «выключено». С появлением состояния «выключено»
цепи 106 АПД прекращает дальнейшую передачу данных.
Работавшая ранее .на передачу АПД не сразу готова к приему: вначале
может оказаться необходимым сохранение в течение некоторого
времени в ее передатчике упоминавшейся в разд. 1.1.1.2 блокировки
цепи 104 для защиты от ошибок, вызванных эхом в линии связи
(эхо у говорящего-, юм. том 1, разд. 3.2.2.5). Затем в течение
времен)! задержки, предусмотренного для цепи 109 (4раб .на рис. 1.4),
определяется очередное значение уровня .приема; в синхронном
режиме, кроме того, синхронизируется АПД, а при наличии в системе
адаптивного .корректора производится его настройка.
1.1.1.6. РАБОТА С ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ КАНАЛОМ
В тех случаях, когда в одном направлении передается только
квитирующая информация (подтверждения приема), можно
избежать изменения направления передачи, если постоянно отвести для
этой информации вспомогательный (обратный) .канал с узкой
полосой пропускания (см. разд. 1.2.1). Тогда процесс передачи
происходит так же, как в дуплексном режиме (см. разд. 1.1.1.4). В
режиме работы с вспомогательным каналом используются те же цепи
19
стыка, что и при .работе с обычным каналом передачи данных.
1.1.1.7. РАЗЪЕДИНЕНИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОГО ТРАКТА
Разъединение осуществляется по сигналу ООД, которое
переводит цепь 108.1 или 108.2 в состояние «выключено». В результате
этого АПД отключается от линии связи и .прекращает передачу
данных, переводя цепи 106, 107 и 109 в состояния «выключено».
1.1.2. АБОНЕНТСКИЙ СТЫК АППАРАТУРЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ СЕТИ ТЕЛЕКС
Для аппаратуры передачи данных .по .сети Телекс
«предусмотрены такие же цепи стыка, как и для АПД, работающей в
телефонных сетях (см. Рекомендацию МККТТ V.24[l.l]), чтобы в сетях
обоих этих типов можно было использовать одно и то же
оконечное оборудование. Однако в отличие от АПД, применяемой в
телефонных сетях, в данном случае АПД, как и вызывной прибор (см.
разд. 2.2.1.2), имеет целью преобразовать процедуру абонентской
сигнализации при установлении и разъединении соединения в
соответствующие процессы на стыке с ООД. Положения, касающиеся
этого стыка, содержатся в Рекомендации МККТТ S.16 [1.11]
(ранее V. 11). Ниже описываются процессы, которые происходят на
стыке в оконечной установке передачи данных при автоматическом
и ручном вызовах. Вопросы сигнализации пз сети Телекс далее
будут затронуты лишь в той мере, в какой это необходимо, для
понимания процессов, -происходящих на стыке.
Автоматический вызов в сети Телекс, как и в телефонной сети,
начинается по сигналу ООД, которое переводит цепи стыка 202 и
108.2 ,в состояние «включено». Затем АПД переводит цепь 203 в
состояние «включено» и после получения от коммутационного узла
сигнала готовности запрашивает первую цифру вызываемого
номера, переводя цепь 210 в состояние «включено». Как .и при
автоматическом вызове в телефонной сети '(см. разд. 1.1.1.1), цифры
набираемого номера передаются по цепям 206—209.
Аппаратура передачи данных вызываемой оконечной установки
посылает на коммутационный узел сигнал .подтверждения вызова и
передает этот вызов на ООД, переводя цепь 125 в состояние
«включено». Ответом ООД служит переход цепи 108.2 в состояние
«включено». Затем согласно Рекомендации МККТТ S.16 (ранее V.11)
АПД вызываемой оконечной установки в ответ на запрос посылает
свой опознавательный код и, переключая цепи 107, 109 и 106 в
состояния .«включено», открывает соединительный тракт для
передачи *. Возможны случаи, когда соединительный тракт открывается
уже после посылки сигнала подтверждения вызова.
* Эту операцию не следует смешивать с процессом установления
соединения. Соединительный тракт устанавливаемый при наборе номера, вначале
используется лишь для передачи служебных сигналов и лишь затем открывается
для передачи данных, как это описано в тексте. (Прим. ред.)
20
Получив подтверждение вызова, АПД вызывающей оконечной
установки также открывает соединительный тракт, переводя цепи
107, 109 и 106 в состояния «включено».
Для осуществлении ручного вызова к оконечной установке
подключается телетайп. После поступления вызова вызванный абонент
посылает свой опознавательный знак (код). Вызывающий абонент
отвечает ■четырехкратной передачей комбинации № 19 Алфавита
МККТТ № 2 (ом. там 1, разд. 2.4.3.2) [1.11] и-переключается с
телетайпа на 00Д. Тогда АПД предоставляет соединительный тракт
вызывающей оконечной установке, переводя цепи 107, 109 и 106 в
состояния «включено». Таким же способом в вызванной оконечной
установке после получения последовательности из четырех
комбинаций № 19 производится переключение на ООД и открытие
соединительного тракта.
Разъединение соединительного тракта «начинается по сигналу
ООД, которое переводит щепь 108.2 в состояние «выключено».
Затем АПД, переводя цепи 106, 107 и 109 в состояния «выключено»,
прекращает передачу данных, посылает сигнал отбои в линию
связи и возвращается в исходное состояние. Получив сигнал отбоя,
АПД противоположной оконечной установки таким же образом
прекращает передачу данных си посылает сигнал подтверждения
отбоя.
1.1.3. АБОНЕНТСКИЕ СТЫКИ АПД ДЛЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Для специализированных сетей передачи данных предусмотрено
два вида АПД, устанавливаемой у абонентов: 1) аппаратура,
которая кроме блоков, предназначенных дл-я сопряжения (в смысле
техники связи) ООД с сетью, содержит также блоки для управления
процессами 'установлении и разъединения соединений; 2)
аппаратур а, назначение которой ограничивается лишь упомянутым
сопряжением. Во втором случае установлением и разъединением
соединений управляет ООД.
Аппаратура передачи данных первого вида — вызывные
приборы ВП (см. разд. 2.2.1) —имеет стыки, соответствующие стыкам
АПД, применяемой в телефонных сетях. Они рассчитаны на
подключение имеющегося в настоящее время оконечного оборудования
сетей передачи данных. Речь идет о стыках, предусмотренных
Рекомендациями МККТТ V.21[1.3], V. 26'[1.5] и V.26 бис [1.6], а
также (при вызове со стороны ООД) V.25, которые уже 'были
описаны ;в разд. 1.1.1. Соответствующие абонентские стыки для сетей
передачи данных, совместимые со стыками, относящимися к
Рекомендациям серии V, установлены Рекомендациями Х.20бмс и
Х.21<5ис.
Стыки АПД .второго вида так называемых приборов
подключения ПП (см. разд. 2.2.2) специально приспособлены для работы в
21
сетях передачи данных и, что важно отметить, содержат
существенно меньше цепей но сравнению с указанными выше стыками
(установлены Рекомендацией МККТТ Х.24) *. Стыки ПП также имеют
два варианта: один для ООД, работающих в стартсторном режиме
(см. разд. 2.2.2.1), а второй — для ООД, работающих в синхронном
■режиме (см. разд. 2.2.2.2).
В «©коммутируемых сетях применяются устройства сопряжения,
стыки которых соответствуют стыкам ПП или стыкам АПД,
предназначенной для некоммутируемых телефонных каналов.
1.1.3.1. СТЫК ПРИБОРОВ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ СТАРТСТОПНЫХ РЕЖИМОВ
РАБОТЫ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Стык приборов .подключения для стартетопных классов
обслуживания абонентов сетей передачи данных установлен
Рекомендацией МККТТ Х.20 [1.13]. Стык включает ib себя цени передачи и
приема данных, а также цапи рабочего заземления. Цени
управления и оповещения (индикации) не предусмотрены. Воя абонентская
сигнализация между ООД и сетью при установлении и
разъединении соединений .должна вестись но цепям данных.
Ход процессов установления и разъединения соединений ори
этом весьма близок к аналогичным процессам в телеграфных сетях,
так как в стартстопном режиме работают главным образом
телетайпы и другие буквопечатающие аппараты.
На рис. 1.5 показаны графики процессов, происходящих на
стыке. Положение покоя характеризуется постоянным состоянием «О»
в .цепях передачи (Т) и приема (R) данных.
Если ООД необходимо установить соединение, то оно
вызывает свой узел коммутации с помощью длительного состояния «1» в
цепи передачи данных. Сигналам готовности узла коммутации к
приему знаков набора номера от ООД служит длительное
состояние «1» в цепи приема данных. После получения этого сигнала
ООД посылает на свой узел коммутации, который является в
данном случае начальным, .цифры .набираемого номера в форме старт-
стопных знаков алфавита МККТТ № 5 (см. том 1, разд. 2.4.3.2, а
также [1.14]).
От начального узла 'коммутации устанавливается соединение
со следующим узлом, от него с последующим и так далее вплоть
до конечного узла коммутации. Конечный узел .коммутации вызк-
* В принятых за последние годы Рекомендациях МККТТ, касающихся
специализированных сетей передачи данных, предусмотрено возложить функции
сопряжения ООД с сетью на так называемую аппаратуру окончания канала
данных (АКД), которая, в отличие от АПД, является принадлежностью
администрации связи, а не абонента 04*, 21*]. Хотя авторы данной книги понятие
АКД непосредственно не вводят и не используют, рассматриваемые здесь и
далее приборы подключения и вызывные приборы по существу являются
разновидностями АКД. {Прим. ред.)
22
вает требуемую оконечную установку путем перевода цепи приема
данных «а стыке в длительное состояние «1». Вызываемая
оконечная -установка 'извещает о своей готовности пршиять вызов, посылая
в цепь передачи данных после длительного состояния «1» старт-
стотный знак АСК*.
>- » з: 3 О
В о £ S к к°
lO ™ i JE о о J)
ш ™ J 5 =* 5 >е "2 ?
vj* м s ^ га -п ~ си ш с
CSS-Ш til OuJI roi 15.
ш s £ ю >5 g"o« £ 4 S о
rr-CiD-^d CU ^i^m CuJC-ПЗ
n m 1= s 1Г 1= S
о
>20мс-Ч (* 1 Цепи стыка:
I g 1 (5?! 1 I Lx^l I §• _J передачи данных (Т)
t° 0 | I j So
3 1 [ [~| Г><!1 £ i приема данных (R)
I Время 3>__
I ш
| 0 \>20mc-*j ^- I
d 1 И П j Г^<1 Id- t -передачиданных IT)
f,oo: ! ! ! 18 ;"~Z__
n j^^ ^ •«. ^ приема данных JFt)
со О
1
Рис. 1.5. Последовательности сигналов на стыке прибора подключения для
стартстопных классов обслуживания абонентов в сети передачи данных
(обозначения цепей стыка соответствуют Рекомендации МККТТ Х.24)
Конечный узел коммутации сигнализирует об этом тачальному
узлу, после чего ■последний 'передает вызываемой и вызывающей
оконечным установкам стартстопный знак АСК, который
указывает на установление -соединения.
Если соединение не может быть установлено, например, из-за
отсутствия свободных соединительных линий тли занятости
вызываемой оконечной установки, то начальный узел коммутации вместо
упомянутого подтверждения посылает на вызывающую установку
служебный сигнал, который состоит из стартстопных знаков
Алфавита МККТТ № 5 и указывает на причину прекращения процесса
установления соединения. После его передачи начальный узел
коммутации с помощью длительного сигнала «О» окончательно
прерывает процесс вызова. Ответом со стороны ООД также служит
длительный сигнал «О». (На рис. 1.5 передача служебного сигнала
не отражена.)
При получении 'подтверждения соединения вызывающее и
вызываемое ООД могут начать передачу данных лишь по истечении не-
31 Знак Алфавита № 5 МККТТ, см. том 1, с. 48—49. (Прим. ред.)
23
которого защитного интервала времени, который составляет не ме-
■вее 20 .мс и необходим узлу коммутации для перехода от процесса
установления соединения к процессу передачи.
При отбое ООД, прекращающее связь, переводит цепь передачи
данных на стыке в длительное состояние «0» на время не менее
400 мс. Подтверждением отбоя со стороны отключаемого ООД
служит такой же переход состояний на ее стыке. Прерывающее связь
ООД получает от своего узла коммутации подтверждение отбоя
(знак конца) в форме длительного нулевого состоянии в цепи
приема данных. По истечении защитного интервала времени 490 мс все
элементы возвращаются в состояние покоя и ООД может вновь
начать вызов.
1.1.3.2. СТЫК ПРИБОРОВ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Стык приборов подключения для синхронной работы в сетях
передачи данных установлен Рекомендацией МККТТ Х.21 [1.15].
Стык включает в себя цепи передачи и приема данных,
синхронизации, рабочего заземления, а также цепи управления и оповещения
(■индикации).
Как и на абонентских стыках для синхронной работы, цепи
которых определены Рекомендацией МККТТ V.24 (см. разд. 1.1.1.3),
на рассматриваемом стыке передача данных осуществляется в
соответствии с тактовым сигналом в мели синхронизации.
Так же, как :и «а стыках АПД для стартстюпной работы, все
знаки, которыми обмениваются ООД 'и узел коммутации в
процессе установления соединения, кодируются в соответствии с
Алфавитом № 5 МККТТ (см. том 1, разд. 2.4.3.2, а также [1.14]).
На рис. 1.6 представлены временные диаграммы процессов,
происходящих три установлении и разъединении соединения. Они не
совпадают с процессами на стыке ПП для стартстопной работы.
Поскольку требование независимости передачи от вида
последовательности .битов (см. разд. 3.1) не позволяет использовать
длительное нулевое состояние в цепи данных в качестве сигнала отбоя, то
необходимы цепи управления и оповещения. Кроме того, из-за
необходимости иметь в цепях данных два состояния покоя (готов и
не готов к работе) в отдельных случаях установлены другие знаки
или длительные состояния.
В положении покоя при готовности к работе ООД и сети
передачи данных цепи передачи (Т) и приема (R) данных находятся
в состоянии «1», цепи управления (С) и оповещения (I) —в
состоянии «выключено». (Если ООД не готово к работе, то цепь
передачи данных находится в состоянии «0»; если сеть не готова к
работе, на это указывает состояние «0» в цепи приема данных.)
24
Осуществляя вызов, ООД переводит цепь передачи данных в
состояние «О», а цепь управления—в состояние «включено».
Приглашение к набору номера состоит из .последовательности знаков « + »,
Цепи стыка:
управления (С)
передачи данных ПТ
оповещении (I)
(приема данных ф!
управлении (С)
1— передачи данных (Т)
оповещения (I)
приема данных" [R]
Рис. 1.6. Последовательности сигналов «а стыке прибора подключения для
синхронных классов обслуживания абонентов в сети передачи данных
(обозначения цепей стыка соответствуют Рекомендации МККТТ Х.24)
которой предшествует не менее двух знаков SYN в цепи приема
данных. После получения этого сигнала ООД передает знаки
набора, перед «оторыми также в начале имеются как минимум два
знака SYN. Прием знаков набора подтверждается узлом
коммутации путем перехода в цепи приема данных от последовательности
знаков « + » к последовательности знаков SYN. Непосредственно
после подтверждения в случае успешного установления соединения
узел коммутации посылает вызывающему ООД служебный сигнал,
который извещает, что желаемой оконечной установке послан
вызов. При безуспешной попытке установить соединение узел
коммутации посылает служебный сигнал, указывающий на причину
этого. Затем передается сигнал отбоя. (На рис. 1.6 передача
служебного сигнала не показана.)
На вызываемое ООД вызов передается знаком BEL. Ему
предшествуют по крайней мере два знака SYN. Эта комбинация йговто-
25
ряется до тех пор, шока ООД не откликнется на 'поступивший вызов
путем переключения цепи управления в состояние «включено».
При синхронной работе начальный узел коммутации не
передает от себя никаких знаков, извещающих о соединении. Сигналом
соединения для ООД служит то, что в цепи приема данных
поступавшие от узла коммутации знаки SYN сменяются длительным
состоянием «1», а цепь оповещения [переключается в состояние
«включено». Это имеет место только s том случае, когда все
промежуточные узлы коммутации, через которые .пролегает
соединительный тракт, установили прямое соединение каналов, и состояние
«1» цепи передачи данных, как и состояние «включено» цепи
управления, переданы на противоположную сторону.
Для 'разъединения -соединения (подачи отбоя) ООД «переводит
цепь передачи данных в состояние «О», а цепь управления—в
состояние «выключено». От сети поступает сигнал «Подтверждение
отбоя», которым служит переход в состояние «О» цепи приема
данных и в состояние «выключено» цепи оповещения, после чего цепь
приема данных возвращается в состояние «1», характеризующее
положение покоя со стороны сети. Вслед за этим ООД также
переходит в положение покоя и переводит цепь передачи данных в
состояние «1». Аналогичная последовательность состояний имеет
место и на стыке ООД вызванной установки.
1.1.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕПЕЙ СТЫКОВ
Электрическая цепь стыка состоит из генератора и приемника
сигналов стыка и двух проводов соединительного осабеля (рис. 1.7).
Стандарты на 'Электрические характеристики цепей стыка касаются
характеристик контактных важимов генератора и приемника, а
также системы сигналов и логических состояний. Параметры
соединительного кабеля указываются лишь ориентировочно.
Генератор
А
vA
В
VD
Кабель стыка
А'
VA
В'
Vb
Приемник
Рис. 1.7. Электрическая цепь стыка
В настоящее время имеется пять .международных стандартов на
электрические характеристики цепей стыка; наиболее важные их
параметры приведены в табл. 1.2. Самыми распространенными
являются характеристики, установленные Рекомендацией МККТТ
V.28 [1.16] (соответствующий немецкий стандарт DIN 66020, лист
1 [1.2]). Стыки с этими характеристиками используются во всех
стандартизированных системах передачи данных по телефонным
26
Таблица 1.2
Электрические характеристики цепей стыка.
Точки А, А', В, В' и потенциалы Ул, У а' , Vb, У в' указаны на рис. 1.7
Рекомендация МККТТ
Диапазон скоростей
Тип линии
Соответствие
между сигналами и
двоичными символами
Характеристики
генератора:
напряжение
холостого хода | У а—
-VB\o
напряжение под
нагрузкой | Уа—
—Ув\
Характеристика
приемника: порог
срабатывания | У а ' —
—Vb'I
V.28
s£20 кбит/с
Несимметричная
по отношению к
земле; точки В и
8' заземлены
V.35
-•^48 кбит/с
Симметричная
по отношению к
земле
У а — У в положительно: «1» или
«выключено»
У а—У в отрицательно: «0» или
«включено»
<25 В
Прн нагрузках
За 3000 Ом,
:^7000 Ом:
^5 В; <15 В
г£3 В
Не нормировано
При нагрузке
i00 Ом:
0,55 В ±20%
Не нормирован
V.10. Х.26
s£100 кбит/с
Несимметричная
по отношению к
земле; заземлена
только точка В
V.H , X.27
sglO Мбит/с
Симметричная
no отношению к
земле
У а—У в положительно: «1» или
«выключено»
У а—Ув отрицательно: «0» или
«включено»
^4,0 В, г£б,0 В
При нагрузке
450 Ом:
^0,9(IVa—VB|o)
50 Ом:
>0,5(|V^—УвЫ1
sc:0,3 В
sg6,0 В
При нагрузке
100 Ом:
~~> 9 R
<0,3 В
V.31
^75 бит/с
Несимметричная
по отношению к
земле; точка В
моигсет быть
заземлена
Контакт (в
генераторе): «1» или
«включено» —
замкнут; «0» или
«выключено» —
разомкнут
—
В V.31
нормирован ток сигнала2
При использовании коаксиального кабеля.
Ток сигнала прн замкнутом контакте: для приемника в АПД 0,1 мЛ^/^15 мА; для приемника в ООД 10 мЛ^/^50 мА.
сетям. Такие же характеристики (Предусмотрены и для стыков,
которые имеет аппаратура специализированных сетей передачи
данных и которые должны соответствовать аналогичным стыкам АПД,
применяемой в телефонных сетях (см. разд. 1.1.3).
Для периферийных оконечных установок систем передачи
данных по коммутируемым телефонным сетям (Рекомендация МККТТ
V.20 [1.9], ранее V.30), имеющих центральные установки со стыком
по Рекомендации МККТТ V.28, введен специальный контактный
стык (Рекомендация МККТТ V.31 [1.17]). Генератор в данном
случае представляет собой механический контакт, а источник
напряжения находится в приемнике. Стандартом на этот стык
предусматривается особенно малый ток стыка в тех случаях, когда приемник
расположен в АПД. Благодаря этому можно использовать такие
тины АПД, источником питания для которых служит станционная
батарея телефенной сети '(см. разд. 1.2.2.1).
Для аппаратуры передачи данных, на которую
распространяется Рекомендация МККТТ V.35 [1.8] и которая предназначена для
работы по первичным групповым трактам со скоростями до
48 кбит/с, указанная Рекомендация предусматривает стык, цепи
которого в целях защиты от помех выполнены симметричными
относительно земйи.
Электрические параметры, установленные Рекомендациями
МККТТ V.10 и V.11 (идентичными Х.26 и Х.27) для
несимметричных и симметричных относительно земли цепей стыков,
соответствуют особенностям реализации аппаратуры на интегральных
микросхемах. В Рекомендациях V.10 и Х.26 основные параметры выбраны
таким образом, что их допустимые области изменения частично
совпадают с соответствующими областями по Рекомендации V.28,
благодаря чему обеспечивается совместимость генераторов и
приемников обоих стыков. Электрические параметры, предусмотренные
Рекомендациями V.10 и V.11 (или соответственно Х.26 и Х.27), в
первую очередь относятся к аппаратуре, применяемой в
специализированных сетях передачи данных (ом. разд. 1.1.3) и системах
передачи данных по первичным групповым трактам, отвечающих
Рекомендации МККТТ V.36 (см. разд. 1.3.3).
Кроме того, МККТТ признал допустимым применение в
модемах для параллельной передачи данных по каналам ТЧ в качестве
альтернативы стандартному стыку с электрическими
характеристиками, установленными Рекомендацией V.28, стыков с
характеристиками, отвечающими Рекомендациям V.10 и V.11. Планируется
также разработка чисто симметричного по отношению к земле
стыка (как стык, соответствующий Рекомендации V.11) с
минимальным числом соединительных цепей, который будет использоваться
вместо прежнего.
Стандартизация стыков включает в себя и положения,
касающиеся разъемов (штекеров) для подключения соединительного ка-
28
беля и их конструктивных элементов. Для устройств, стыки
которых соответствуют Рекомендации МККТТ S.16 (ранее V.11), и для
всех модемов, рассчитанных на работу ло 'каналам ТЧ, стандартом
ИОО 2110 [1-18] предусмотрен 25-полюсный разъем и установлено
назначение отдельных его 'контактов. В табл. 1.1 указаны номера
контактных штифтов, соответствующих цепям стыка. Они также
согласованы на международном уровне. В настоящее время
установлен стандарт ИСО 4902 на 37-лолюсный разъем, который может
быть попользован наряду с указанным выше в стыках,
соответствующих Рекомендациям МККТТ V.10 и V.11. Для модемов,
предназначенных для передачи по щервичным групповым трактам со
скоростями до 72 ,кбит/с в соответствии с Рекомендацией МККТТ V.36
такой 37-иолюсный разъем уже разработан. В модемах для
передачи по таким трактам согласно Рекомендации МККТТ V.35
применяется 34-полюсный разъем по стандарту MIL C-2285-7C.
Для стыков в сетях передачи данных (см. разд. 1.1.3)
стандартом ИСО 4903 установлен 15-полюсный разъем, .
1.2. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ПО КОММУТИРУЕМЫМ ТЕЛЕФОННЫМ СЕТЯМ
Коммутируемая телефонная сеть позволяет передавать речь и
данные (с помощью специальной аппаратуры, подключаемой к
каналу связи вместо телефонных аппаратов) практически между
любыми пунктами земного шара. Основная задача аппаратуры
передачи данных— модемов '(модулятор—демодулятор)—состоит в
том, чтобы преобразовать двоичные сигналы данных, поступающих
с ООД, в сигналы с ограниченной полосой частот, а затем путем
модуляции сделать возможной их передачу в полосе пропускания
канала связи (см. том 1, разд. 3.2.1) и осуществить
соответствующие обратные преобразования (ом. том 1, разд. 4). Для того чтобы
■модемы, 'применяемые в различных национальных сетях, могли
совместно работать на линиях международной связи, их основные
характеристики также должны быть согласованы на международном
уровне, в рамках Рекомендаций МККТТ.
Большинство модемов работает по принципу последовательной
передачи данных, т. е. отдельные биты каждой кодовой .комбинации
(знака) передаются поочередно друг за другом. Международные
стандарты на модемы этого типа предусматривают скорости
передачи 200, 1200/600, 2400/1200 и 4800/2400 бит/с. Наряду с этим
можно передавать сразу несколько битов (желательно все биты
одной комбинации) параллельно, т. е. одновременно. В табл. 1.3
указаны модемы, применяемые в коммутируемых телефонных
сетях.
Модемы, предназначенные для коммутируемых сетей, помимо
передачи данных должны обеспечивать автоматическое установле-
29
Таблица 1.3.
Модемы, предназначенные для использования в коммутируемых телефонных каналах
Скорость
передачи: число
знаков
1
Модемы
для
следовательной .
передачи
2
200 бит/с
1200/600 бит/с
2400/1200 бнт/с
4800/2400 бит/с
Рекомендация
МККТТ
3
V.21
V.23
V.26 бис
V.27 тер
Режим работы
4
Дуплекс,
«прозрачный» к коду
и скорости
Полудуплекс,
«прозрачный» к
коду и .скорости
(с тактовым
генератором — по
выбору — также
«непрозрачный» к
скорости)
Полудуплекс,
«прозрачный» к
коду,
«непрозрачный» к скорости
Полудуплекс,
«прозрачный» к
коду,
«непрозрачный» к скорости
Метод модуляции
*
5
Дьоичпая
частотная модуляция
в двух каналах
Двоичная
частотная
модуляция
Четырехпознци-
оиная фазоразно-
стиая модуляция
Воеьмнпозицн-
опиан фазоразнп-
стпая модуляция
Коррекция
6
Нет
промиссный
корректор
промиссный
корректор
Адаптивный
корректор
Аппаратура для
передачи сигналов в
обратном направлении
Максимальный
коэффициент
ошибок в сети
Почтового
ведомства ФРГ
У 90%
соединительных
трактов [1.22]
7 1 8
Вспомогательный (обратный)
канал на скорость
до 75 бит/с
Вспомогательный (обратный)
канал на скорость
до 75 бит/с
Вспомогательный (обратный)
канал на скорость
до 7Г> бнт/с
2-Ю-5
6-Ю-5
6-Ю-5
До сих пор
ие определен
I !
Модемы
для
раллельной
передачи
-■j
В
зависимости от системы:
до 40
знаков/с;
от 15 до
256 знаков
10 знаков/с;
16 знаков
а
V.20 (ра-
лее V.30)
V.19
i
Передача в
одном направлении
(от внешней
установки к
центральной),
«непрозрачная» к коду (2Х 1
из 4 или Зх 1 из
4), «прозрачная»
к скорости
Передача в
одном направлении
(от тастатурного
телефонного
аппарата на
центральную установку),
«непрозрачная» к
коду (2x1 из 4),
«прозрачная» к
скорости
Окончание табл. 1.3
й
Четырехпозн-
ьионная частотная
модуляция с
применением двух
или трех групл
частот
Четырехпози-
ционная частотдая
модуляция с
применением двух
групп частот,
дополнительная
амплитудная
манипуляция
ь
Нет
Нет
7
Внешняя
установка:
электрически
обрабатываемый обратный
сигнал (до 5 Бод);
речевой сигнал
через
громкоговоритель
Речевой сигнал
через трубку
телефонного
аппарата
..
и
В 95%
единительных трактов
нет ошибок
В
материалах
обсуждения
МККТТ
указано
значение <10~4
ние и разъединение соединения (ом. также разд. 1.1). После
установления соединения между телефонными аппаратами или
устройством автоматического вызова (см. разд. 1.2.3) и телефонным
аппаратом (при автоматическом вызове) происходит переключение на
соответствующие модемы (рис. 1.8). Если вызываемая оконечная
СтъгкоООД
Стык с ООД
Модем,
С
€г- ^
Аппаратура
передачи данных
^
Модем
Соединительный тракт
телефонной сети
Аппаратура
передачи данных
Рис. 1.8. Переключение с телефонных аппаратов на
модем при ручном вызове. Показано состояние покоя, при
которому линии подключены телефонные аппараты
установка относится к числу обслуживаемых, (переключение
осуществляется вручную, если же она необслуживаемая, переключение
■происходит автоматически после обработки сигнала вызова. В
системе Почтового ведомства ФРГ .переключение производится -путем
нажатия на специальную клавишу на телефонном аппарате. В
обоих случаях поступивший сигнал вызова направляется на ООД по
цепи стьжа 125.
Разумеется, при разработке модемов следует принимать во
внимание все характеристики коммутируемой телефонной сети,
первоначально выбранные в расчете на (передачу речевых сигналов
(см. том 1, разд. 3.2). Это означает, в частности, следующее:
Импульсы, посылаемые для начисления абонентской платы (обычно с
частотой заполнения 15 или 12 кГц), не должны мешать передаче данных.
Сопротивления контактов входного переключателя АПД со стороны сети
для постоянного шлейфового тока не должны превышать некоторого
максимального значения, чтобы после переключения с режима телефонной связи на
передачу данных соединение не прерывалось.
Должна быть обеспечена возможность передачи по соединительным
трактам с эхозаградителями, которые прежде всего необходимы при
межконтинентальной телефонной связи (в особенности через спутники). Для этого
вызываемая оконечная установка должна посылать сигнал частотой 2100 Гц,
обеспечивающий отключение эхозаградителей. Это позволяет быстро изменять
направление передачи и вести передачу в обоих направлениях (см. том 1, разд. 3.2.2.5).
Упомянутый сигнал служит также для уведомления вызывающего абонента о
том, что вызов поступил по назначению (см. разд. 1.2.3).
Прочие требования могут касаться, например, полного входного
сопротивления аппаратуры передачи и симметрии цепей отнсси-
32
тельно земли. О допустимой мощности на передаче уже говорилось
в томе 1 (ом. разд. 3.2.2.1).
Важное преимущество телефонной сети с автоматической
коммутацией, как и любой коммутируемой сети, заключается в том,
что при наличии в соединительном тракте сильных помех
соединение можно установить заново и -при этом может случиться так, что
в новом соединительном тракте помехи 'будут слабее.
Соединительные тракты коммутируемых телефонных сетей
являются двухпроводными (см. том 1, разд. 3.2.1). Сигналы данных,
спектры которых занимают большую часть полосы частот канала
ТЧ, могут но этой причине в каждый момент времени передаваться
только в одном направлении, однако направление передачи можн©
изменять (полудуплексный режим). Квитирующие сигналы,
скорость передачи которых существенно меньше, чем сигналов данных,
могут передаваться по вспомогательному каналу одновременно' с
сигналами в основном канале.
Дуплексный режим с приблизительно одинаковой.скоростью
передачи в обоих направлениях возможен только в том случае, если
сигнал каждого из направлений занимает не более половины
используемой полосы частот1.
Влияние характеристик канала связи на передачу данных
следует принимать во внимание прежде всего при высоких скоростях
передачи (ом. том 1, разд. 5). Дл1я коррекции неравномерности
затухания и группового времени замедления в коммутируемых сетях,
в отличие от некоммутируемых трактов (передачи, нельзя
использовать корректоры с ручной настройкой, так как перестройка
корректора, необходимая при каждом новом соединении, потребовала бы
слишком много времени. Поэтому, если компромиссного корректора
недостаточно, в таких сетях устанавливают автоматические
корректоры.
1.2.1. МОДЕМЫ ДЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
1.2.1.1. МОДЕМ НА 200 бит/с
Этот модем дает возможность вести передачу с варьируемой
окоростью в пределах до 200 бит/с в дуплексном режиме, т. е.
одновременно в обоих направлениях. Все основные параметры,
касающиеся его работы и взаимодействия с другими устройствами,
установлены Рекомендацией V.21 [1.3].
1 При этом предполагается, что передача ведется в отдельных полосах
частот. Дуплексные модемы на 1200 бит/с, а также на 2400 бит/с с такого рода
разделением передачи двух направлений по частоте в настоящее время
рассматриваются в МККТТ. Компенсация действия собственного передаваемого
сигнала на вход приемной части модема (см., например, разд. 1.3.1.1) в данном
случае не используется. В модемах, предназначенных для каналов ТЧ, она
сопряжена со значительными затратами.
2—11 3®
Метод передачи. Модем работает с применением двоичной
частотной модуляции. Такой метод передачи обладает относительно
высокой помехоустойчивостью (ом. том 1, разд. 4.3.2 и 4.5), что
особенно важно в телефонных сетях, и требует сравнительно малых
затрат.
Для передачи в дуплексном режиме используются две
отдельные области частот (в 'полосе стандартного канала ТЧ),
образующие два канала (1 и 2) со средними частотами 1080 и 1750 Гц.
Девиация частоты в обоих каналах составляет ±100 Гц,
характеристические частоты отличаются от своих требуемых значений (980
и 1180 Гц в канале 1, 1650 и 1850 в канале 2) не более чем на
±6 Гц. Вместе со сдвигом частоты до ±6 Гц, который возможен
вследствие многократного «преобразования частоты в БЧ тракте
(ом. том 1, разд. 3.2.2.6), максимальное отклонение каждого из
значений частоты на (приеме может достигать ±12 Гц.
Принцип построения. На рис. 1.9 приведена структурная схема
модема с укаванием цепей стыка (см. также [1.19]). Элементы
схемы, предназначенные для установления и разъединения
соединения, объединены лод общим названием «Блок подключения». В
его функции входит, в частности, обработка сигнала вызова,
переключение линии с телефонного аппарата на модем, передача
ответного тонального сигнала частотой 2100 Гц, а также обеспечение
взаимодействия с устройством автоматического вызова (см. разд.
1.2.3).
Для реализации дуплексного режима работы важное значение
имеет распределение каналов между направлениями передачи и
приема. Распределение, при котором передача ведется :по каналу 1,
а прием—по каналу 2, называют распределением А, а
противоположное ему — распределением В. Тогда распределение каналов
'будет задаваться автоматически, если принять, что вызывающая
установка всегда работает с распределением А, а вызываемая — с
распределением В. Такое правило позволяет организовать полный
дуплексный режим с однозначным порядком подключения линий.
Переключение может осуществляться вручную или автоматически
через цепи стыка 126 и 127.
Кроме того, для обеспечения правильного порядка работы
модема существенное значение имеет функциональная взаимосвязь
цепей стыка, о которой уже говорилось в разд. 1.1. В частности,
ООД получает через цепь 106 сигнал, разрешающий выдачу
данных, только тогда, когда после определения уровня сигнала на
приеме (цепь 109 в состоянии «включено») гарантировано, что оконеч-
■ная установка на противоположной стороне подключена к линии
и имела время, в свою очередь достаточное ей для выявления уров-
• ня сигнала на приеме (см. рис. 1.3).
Передатчик и приемник модема работают одновременно.
Переходные помехи, создаваемые приемнику передатчиком, устраняют-
34
ся с помощью дифференциальной схемы в блоке подключения и
спектрального разделения шередаваемого и принимаемого сигналов
фильтрами. Фильтры 1 я 2, установленные в трактах 'передачи и
приема (см. рис. 1.9) гари изменении распределения каналов
меняются местами, а модулятор и демодулятор переключаются на новые
характеристические частоты.
Стык с 00Д
(обозначении цепей
соответствуют
Рекомендации
МККТТ V. 24 и
стандарту ДИН 66020-1)
Включен канал 1 ,,
s л'"-
Абонентский
юэ/мб;
126/S5
127/S6
107/М1
108/S1
125/МЗ-
Рис. 1.9. Модем на 200 бит/с
Модулятор. Задачей модулятора является преобразование
двоичных сигналов постоянного тока, поступающих через стык, в
частотно-модулированные сигналы. Это можно осуществить,
непосредственно переключая генератор в соответствии с двоичным
сигналом прямоугольной формы. Такого рода «жесткая» манипуляция
частоты реализуется путем переключения индуктивности
генератора с обратной связью без размыкания (рис. 1.10). При этом
получается практически идеальный двоично модулированный по
частоте сигнал, т. е. сигнал, у которого в моменты переключения не воз-
2* 35
Ьикает скачков фазы [1.20], как показано на второй диаграмме
¥>ис. Т.П.
i; ! Вместо описанной аналоговой цепи для генерации
частотно-модулированного сигнала можно использовать дискретные цепи. В
таких'цепях характеристические частоты получаются путем деления
высокой частоты, являющейся их общим «ратным, и переключения
Рис. 1.10. Генератор с
переключением частоты
Соответствие между положениями
ключей и генерируемыми
частотами:
Ключи
кн
Разомкнут
Замкнут
кв
Замкнут
Разомк-
HVT
Частота
Высокая /в
Низкая fH
соответствующего делителя в процессе модуляции. При
использовании на передаче сигнала .прямоугольной формы вследствие
наличия в нем высших гармоник предъявляются высокие требования к
затуханию фильтра передатчика вне полосы передачи.
Рис. 1.11. Сигналы при
частотной модуляции:
/ — передаваемый сигнал дан-
ных; 2 —
частотно-модулированный сигнал; 3 — демодулирован-
ный сигнал (время
запаздывания сигнала равно примерно
двум единичным интервалам):
4 — регенерированный сигнал
данных
Демодулятор. Все методы восстановления на приеме
информации, содержащейся в ЧМ сигнале, предусматривают ограничение
■ принимаемого сигнала по частоте входным фильтром приемника,
• а выполняемое затем с помощью усилителя-ограничителя
ограничение амплитуды придает сигналу, поступающему на дальнейшую
■обработку, форму, близкую к прямоугольной*. В таком сигнале
i информация содержится только в его частоте, которую модулятор
• ■•' -* В'действительности возможны, конечно, и такие методы обработки ЧМ
.сигналов да приеме, которые не включают в себя перечисленных операций.
Утверждение авторов касается .только методов, - описанных в данной книге.
'(Прим. ■ ред:)'
Ш
должен преобразовать в величину, удобную для обработки —
желательно в пропорциональное частоте напряжение.
На рис. 1.12о показана структурная схема одного из наиболее
распространенных типов демодулятора ЧМ
сигналов—демодулятора с частотным дискриминатором. Он содержит два
колебательных контура, настроенных приблизительно на характеристические
частоты. Сигналы, снимаемые с колебательных контуров,
выпрямляются и формируется их разность, из -которой после
подавления нежелательных спектральных компонент вблизи несущей
частоты получается первичный сигнал g(t). Его значения
соответствуют мгновенной частоте входного сигнала (с некоторым
отклонением, обусловленным дополнительным ограничением полосы частот
в колебательном контуре и ФНЧ). Для наглядности на рис. 1.126
приведена частотная характеристика дискриминатора. Для обеспе-
кк
в
Ограниченный
принятый г*
сигнал ^. «к _ g —I
Д
ФНЧ
\
g(t)
пс
Регенерированный
-=»- сигнал данных
У>
Характеристика
дискриминатора
I f м _ | Характеристики контуров,.
Рис. 1.12. Демодулятор с частотным дискриминатором, выполненным на основе
колебательных контуров:
а) структурная схема: КК — колебательный контур; В — выпрямитель; Д —
дифференциальная схема, формирующая разность; ФНЧ — фильтр нижних
частот; ПС — пороговая схема; б) частотные характеристики: /и — нижняя
характеристическая частота; fB — верхняя характеристическая частота; /м —
область отсчитываемых значений мгновенной частоты
чения требуемой ее линейности в рабочей полосе частот
характеристики затухания и резонансные частоты обоих колебательных кон-
.туров должны быть тщательно согласованы между собой.
Восстановленный таким образом первичный сигнал, который .имеет
ограниченную полосу частот, хотя он и содержит еще некоторые
высшие гармоники (остаток несущей — см. рис. 1.11, диаграмма 3),
.можно непосредственно подавать на пороговую схему для
регенерации сигнала данных (см. рис. 1.11, диаграмма 4).
■ На рис. 1.13а (показана структурная схема демодулятора без
катушек индуктивности, который построен на основе RC-цепей и
37
цифровых елементов и поэтому отличается простотой реализации
[1.21]. Ограниченный по частоте входной сигнал проходит через
фазовый фильтр, действующий как звено задержки (сигнал а на
Ограниченный
принятый
Ф
^0
0
б
П
а
ФНЧ
ПС
РегШйрИ-
рованный
а)
СигНаИ а
сигнал Ь».
Время »—
1ЯВ
Частота
в)
SriXirLrLTLTU Сигнала
I jnJ~LrLn_n_TL Сигналь
r) iffftfWITWFFlRHf 9 а@ь
Время—*-
Рис. 1ЛЗ. Демодулятор со звеном задержки:
а) структурная схема: Ф ■— фазовый фильтр, используемый в качестве звена
задержки, О — ограничитель, П — перемножитель, ФНЧ — фильтр нижних
частот, ПС — пороговая схема; б) фазовая характеристика фильтра Ф: в)
временные диаграммы, соответствующие характеристической частоте fB: фазовый
сдвиг меньше 90а, постоянная составляющая g мала; г) временные диаграммы,
соответствующие характеристической частоте fB: фазовый сдвиг больше 90°,
постоянная составляющая велика
рис. 1.13), и затем умножается на такой же сигнал, не имеющий
задержки (сигнал Ь). Путем надлежащего выбора параметров
фазового фильтра можно сделать различие в фавовых сдвигах для
обеих характеристических частот таким (рис. 1.136), что
постоянная составляющая g сигнала, полученного в результате
перемножения, для одной из характеристических частот окажется
положительной, а для другой-—отрицательной (рис. 1.13е, г). Тогда после
подавления с помощью ФНЧ спектральных 'компонент с частотой
несущей может быть регенерирован первичный сигнал.
Определение мгновенной 1частоты чисто цифровым методом
может осуществляться с помощью демодулятора, структурная схема
которого шоказана на рис. 1. 14. Принцип действия его основан на
измерении времени между двумя соседними переходами сигнала
38
через нуль путем «подсчета числа периодов высокочастотного
тактового сигнала в указанном интервале. Результат подсчета поступает
на цифроаналоговый 'преобразователь, формирующий аналоговый
сигнал, иосле фильтрации нижних частот 'которого осуществляется
регенерация.
Сч.
' Падал.
-ЦАП-
-фнч|—| пс |
' Т'егенерйро
-яванньш'руд
.-^а.ннь^-
тг
Рис. 1-14. Демодулятор с определением мгновенной частоты цифровым способом:
Сч — счетчик, ТГ — тактовый генератор счета, ЦАП — цифро-аналоговый
преобразователь, ФНЧ — фильтр нижних частот, ПС — пороговая схема
Описанные три типа демодуляторов по своим характеристикам
отличаются друг от друга незначительно.
Характеристики передачи. На рис. 1.15 показана зависимость
степени синхронных искажений от скорости передачи, измеренной
для модема на 200 бит/с [1.21] три непосредственном соединении
Дт = 12Гц
•JQO 2QP
СКйрои'-пфей.ачй"
бцт/c- 3Q0
Рис. 1.15. Степень синхронных искажении модема на 200 бит/с; Af
стоты принимаемого сигнала
сдвиг ча-
приемника и 'передатчика, т. е. без учета дополнительного влияния
канала связи и упомянутого выше сдвига частоты +12 Гц.
Зависимость измеренной вероятности ошибки по битам от отношения
сигнал/шум в цепи указанного соединения при введении в нее
искусственного источника белого шума с полосой частот 300—3400 Гц
представлена на рис. 1.16 (кривая /).
Результаты измерений степени индивидуальных искажений и
'Коэффициента ошибок по 'битам в сети Почтового ведомства ФРГ
[1.22] приведены на рис. 1.17 и 1.18 (кривая 1). Соответствующие
данные о коэффициенте ошибок то блокам можно найти в [1.22].
39
10
10
10
10
10
-1
2
-3
л
1-5
Щ
\Х
W
\ \
\
V3 V4
^
Рис. 1.16. Вероятность ошибки
в бите для различных модемов
без компромиссных коорректо-
ров в зависимости от оотиоше-
ния сигнал/шум при прямом
соединении приемника с
передатчиком и наличии помех типа
белого шума (с полосой частоот
3100 Гц):
/ — модем на 200 бит/с; 2 — модем
на 1200/600 бит/с при работе со
скоростью 600 бит/с; 3 — модем на
1200/600 бит/с при работе со
скоростью на 1200 бит/с; 4—модем
на 2400/1200 бит/с при работе со
скоростью 2400 бит/с
О 5 дБ
^.Отношение сигнал/шум з»
10
Рис. 1.17. Суммарная доля
телефонных соединительных
трактов, для которых в
сети Почтового ведомства
ФРГ получена
определенная степень
индивидуальных искажений при
передаче с помощью модемов на
указанной ниже скорости
[1.22]:
1 — модем на 200 бит/с; 2 —
модем на 1200/600 бит/с при
работе со скоростью 1200 бит/с
100
%
90
100
80
70
60
50
О
1-
(О
О.
1-
(Г
с;
о
d
ее
пз
X
о.
to
5
5
%
80
60
40
20
■ I i I /M I и:
Ш
5 ,о-5 2 5 ю-4 2
Коэффициент ошибок по битам -
40
8 10 12 14 16 18 % 20
Максимальное значение степени —^^~
индивидуальных искажений
Рис. 1.18. Суммарная доля
телефонных соединительных
трактов, для которых в
сети Почтового ведомства
ФРГ получен определенный
коэффициент ошибок по
битам при передаче с
помощью модемов на
указанной ниже скорости [1.22]:
/ — модем на 200 бит/с; 2 —
модем на 1200/600 бит/с при работе
со скоростью 1200 бит/с и
модем иа 2400/1200 бит/с при
работе со скоростью 2400 бит/с и
вариантом кодирования В; 3—
модем на 2400/1200 бит/с при
работе со скоростью 2400 бит/с в
вариантом кодирования А
5 ю-3
Из рис. 1.16—1.18 видно, что по сравнению с 'Модемами на 1200/
600'бит/с (см. разд. 1.2.1.2) и 2400/1200 бит/с (см. разд. 1.2.1.3)
модем на 200 бит/с обеспечивает гораздо .меньшие краевые
искажения и коэффициент ошибок по 'битам, как и следовало ожидать при
его более узкой полосе частот.
Рассмотренные выше результаты измерений показывают (как
это видно, в частности, для случая работы с .прямым соединением
из рис. 1.15), что описанный модем, за редкими исключениями,
может использоваться для передачи по телефонным соединительным
трактам и со скоростью 300 бит/с. Поэтому МККТТ принято
решение расширить область применения модема, рассчитанного ранее
только на 200 бит/с, установив для него также указанную новую
скорость. В формулировку Рекомендации V.21 включено
соответствующее примечание.
1.2.1.2. МОДЕМ НА 1200/600 бит/с
При передаче со скоростью, варьируемой в пределах до
1200 бит/с, используется большая часть полосы частот канала ТЧ.
Поэтому при работе по коммутируемой телефонной сети модем на
1200/600 бит/с может передавать данные только в одном
направлении. Однако направление передачи можно менять (полудуплексный
режим). В случае особо неблагоприятного соединения модем через
цепь стыка 111 может быть переключен с максимальной скорости
1200 .бит/с на скорость 600 бит/с. Наряду с каналом передачи
данных предусмотрен вспомогательный канал для одновременной
передачи квитирующих сигналов с варьируемой скоростью до 75 бит/с.
Метод передачи данных по основному каналу. Метод передачи
с варьируемой скоростью *, а также синхронной .передачи со
скоростями 1200 и 600 бит/с установлен рекомендацией МККТТ V.23
[1.4]. В данном случае, как и в модемах на 200 бит/с, используется
двоичная частотная модуляция.
При передаче со скоростью до 1200 бит/с средняя частота
составляет 1700 ■Гц, а девиация частоты ±400 Гц. При передаче со
скоростью до 600 бит/с используют среднюю частоту 1500 Гц и
девиацию частоты +200. Гц. Таким образом, для 1200 бит/с
характеристические частоты равны 1300 и 2100 Гц, а для 600 бит/с—1300
и 1700 Гц. При индексе модуляции h=2/3 обеспечивается особенно
благоприятная форма кривой спектральной плотности мощности
(см. том 1, разд. 4.3.2, с. 150 и [1.23]). Для характеристических
частот допускаются отклонения от требуемых значений не более чем
на +10 Гц. С учетом возможного сдвига частоты до +6 Гц в
высокочастотном тракте канала связи (см. том 1, разд. 3.2.2.6) мак-
* В оригинале такая передача названа «прозрачной к скорости», однако в
отечественной литературе «прозрачным» обычно называют только сам канал,
Допускающий такую передачу. (Прим. ред.)
41
симальное отклонение каждого из значений частоты на приеме
может достигать ±16 Гц. Для скоростей до 600 |бит/с предусмотрены
свои, отдельные характеристические частоты в расчете на такие
соединительные тракты, верхняя граничная частота (полосы
пропускания которых особенно низка, что, например, имеет место яри
использовании средне- и тяжелопупинизированных кабелей (см.
том 1, разд. 3.1.3).
Принцип построения модема. На рис. 1.19 представлена
структурная схема рассматриваемого модема с 'указанием цепей стыка
[1.19, 1.21, 1.24, 1.25]. В блок .подключения входят элементы,
предназначенные для установления и разъединения соединения, а
также обеспечения взаимодействия с устройством автоматического
вызова (см. разд. 1.2.3). Сигналы стыка и их последовательность при
работе в полудуплексном режиме, который используется в данном
случае, уже были рассмотрены в разд. 1.1.1.5. Дифференциальный
трансформатор, установленный в блоке подключения, и фильтры,
входящие в состав передатчика и 'приемника канала передачи
данных и вспомогательного канала, обеспечивают устранение
переходных помех между ними. При использовании двух каналов —
основного и вспомогательного—мощность сигнала в каждом из них не
должна превышать половины допустимой для телефонного
соединительного тракта средней мощности.
В тех случаях, когда три передаче изохронных сигналов данных
должен быть обеспечен тактовый синхронизм АПД, в описываемом
модеме может быть предусмотрен тактовый генератор. В интервале
времени, разделяющем состояния «включено» в цепях 105 и 106,
посылается синхронизирующая последовательность вида 101010...
При этом следует иметь в виду, что указанная последовательность
появляется на стыке в цепи 104 в то врем;я, когда цепь 109 стыка
на приемной стороне уже перешла в состояние «включено», а цепь
106 на передающей стороне еще находится в состоянии
«выключено».
Модулятор и демодулятор основного канала. Модуляцию и
демодуляцию в основном канале (канале передачи данных) можно
осуществлять по тем же принципам, которые использованы в
модеме на 200 бит/с. Однако из-за сравнительно широкой (по
отношению к средней частоте) полосы частот в данном случае наиболее
эффективны другие пути реализации этих операций [1.26], в
частности для демодуляции целесообразно использовать
дискриминаторы, работающие то принципу измерения интервала времени между
двумя переходами сигнала ЧМ через нуль [1-27]. Как видно из
рис. 1.20, на котором приведены временные диаграммы,
иллюстрирующие один из возможных вариантов этого метода демодуляции,
на выходе дискриминатора получается последовательность
импульсов (диаграмма «г»), у которой постоянная составляющая зависит
от частоты. Поскольку в такого рода «-дискриминаторах переходов
42
через нуль» колоса частот не ограничивается, их
помехоустойчивость несколько ниже, чем у частотных дискриминаторов с
.колебательными контурами (см. разд. 1.2.1.1).
Для того чтобы обеспечить достаточно высокое качество
передачи и в тех случаях, когда характеристики соединительного
тракта неблагоприятны, применяют компромиссные корректоры, кото-
Стык с ООД (обозначения
цепей соответствуют
Рекомендации МККТТ V. 24 и
стандарту ДИН 66020-1)
Абонентский ввод
Блок
подключения
Передатчик
вспомогательного
канала
Передатчик
основного
канала
Элементы
формир.
несущей и
синхронизации
Компро -
миссный
корректор
тт
Приемник
основного
канала
Приемник
вспомогательного
канала
120/HS2
121/НМ2
118/HD1
105/S2
106/М2
103/D1
111/S4
113/Т1
114/Т2
115/Т4
104/D2
»— 109/М5
119/HD2
122/НМ5,
»— 107/М1
*- 108/S1
*Hl25/M3
| j 102/E2 !
-о 101/Е1
Рис. 1.19. Модем на 1200/600 бит/с (тактовый
генератор используется только в случае необходимости)
43
Ограниченный по полосе
принятый сигнал
±
о
LL
6)
Время ^
\ААААЛАЛ1
ороговы>*
уровень,
ПС
в)
рые выравнивают
характеристики
затухания и ГВЗ, наиболее
типичные для
соединительных трактов
используемой сети (см.
том 1, разд. 5.3.1.1).
Вспомогател ь н ы й
канал. Во
вспомогательном (обратном)
канале, рассчитанном на
максимальную скорость
75 бит/с, также
используется частотная
модуляция, хотя и с
другими параметрами:
средняя частота 420 Гц,
девиация частоты ±30 Гц,
а характеристические
частоты, таким
образом, равны 390 и 450 Гц.
Для всех
перечисленных частот
допускается отклонение ±4 Гц.
Следовательно, на
приеме максимальное
отклонение каждой из
частот с учетом
максимального сдвига
частоты в ВЧ тракте может
достигать ±10 Гц.
Отклонения частоты в
рассматриваемом
канале из-за его
сравнительно узкой полосы
пропускания ведут к
значительному
возрастанию краевых
искажений. Поэтому на
практике в обратном канале часто применяют специальные
регулирующие схемы для коррекции сдвигов частоты, возникающих в линии
связи (см. том 1, разд. 5.2.2).
Характеристики передачи. На рис. 1.21 показана зависимость
степени синхронных искажений, измеренных в цепи соединения, от
скорости .передачи. В рассматриваемом сл1учае из-за сравнительно
широкой полосы 'Пропускания сдвиг частоты не имеет значения.
44
ппппппп
т)
Рис. 1.20. Структурная схема дискриминатора
переходов через нуль и временные диаграммы
сигналов; фильтр нижних частот на выходе
пороговой схемы и вторая пороговая схема,
предназначенная для регенерации сигнала
данных, не показаны (см. рис. 1.12а, ФНЧ и
ПС):
О — ограничитель; И — схема для получения
импульсов в моменты переходов через нуль; Л — звено,
формирующее линейно изменяющийся во времени сигнал;
ПС — пороговая схема
Для канала передачи данных на 600 бит/с щри более высоких
скоростях степень синхронных искажений резко возрастает, так как
ограничение полосы частот в модеме этого канала рассчитано на
передачу со скоростью ■ <
600 бит/с [1.21].
Благодаря этому ограничению
вероятность ошибки в бите
для такого канала
меньше, чем для канала на
1200 бит/с (рис. 1.16).
Для
рассматриваемого модема на 1200 бит/с,
как и для модема на
200 бит/с, выше были
приведены графики степени
индивидуальных
искажений (см. рис. 1.17,
кривая 2) и коэффициента
(частости) ошибок по
битам (рис. 1.18, кривая 2)
в зависимости от
скорости передачи,
построенные по данным измерений
в телефонной сети Почтового ведомства ФРГ [1.22]. Кроме того,
в [1.22] можно найти сведения и о коэффициенте ошибок по блокам.
500 Ю0О бит/с 150С
Скорое! I. передачи —==»_
Рис. 1.21. Степень синхронных искажений
в модеме на 1200/600 бит/с:
/ — канал на 1200 бит/с; 2 — канал на 600 бит/с
1.2.1.3. МОДЕМ НА 2400/1200 бит/с
В модеме на 2400/1200 бит/с, как и в модеме на 1200/600 бит/с,
для передачи данных используется большая часть полосы частот
канала ТЧ, так что возможен только полудуплексный режим
работы. Если соединение оказывается особенно неблагоприятным,
модем может быть переключен на скорость 1200 бит/с. Для передачи
квитирующих сигналов, как и в модеме на 1200/600 бит/с,
предусмотрен вспомогательный канал на 75 бит/с.
Метод 'Модуляции, использованный в описываемом модеме,
дает возможность передавать только изохронные сигналы данных;
Метод передачи. Метод передачи для модемов на 2400 бит/с
установлен Рекомендацией МККТТ V.26 [1.6]. Поскольку для работы
со скоростью 2.400 бит/с в прежней полосе частот должна быть
обеспечена высокая удельная скорость передачи (на единицу
(полосы частот), то в данном случае выбран такой метод передачи,
который позволяет значительно лучше использовать полосу частот
по сравнению с двоичной амплитудной модуляцией с двумя
боковыми полосами—метод четырехпозиционной фазоразностной моду-
45
ляции (ФРМ) *. Несущая частота канала передачи данных равна
1800+ 1 Гщ (см. том 1, разд. 3.2.2.6).
Поскольку при четырехпозиционном |Кодировании сигнала в
линии отдельные биты объединяются по два в дибиты (пары битов),
передача должна быть синхронной (см. также том 1, разд. 4.1.6).
Дибитам ставятся в соответствие разности фаз двух соседних
элементов сигнала в липии,как это показано в табл. 1.4. Рекоменда-
Та блица 1.4
Соответствие между дибитами и разностями фаз
сигнала
Дибит
00
*01
11
10
Разность фаз, град
Вариант А
0
90
180
270
Вариант Б
45
135
225
315
цией МККТТ V.26 бис [1.6] на период 1973—1976 гг. было
предусмотрено применение обоих альтернативных вариантов кодирования
(А и В)°, указанных в табл. 1.4. В дальнейшем решено оставить в
силе только вариант В (ом. также ниже, подраздел
«Характеристики передачи»).
При неблагоприятных соединениях скорость передачи может
быть снижена до 1200 бит/с, для чего по цепи стыка 111 подается
специальный сигнал. В этом случае используется однократная
двоичная фазоразностная модуляция, при которой разность фаз +90°
соответствует символу 0, а + 270° — символу 1.
Принцип построения. Структурная схема модема с указанием
цепей стыка приведена на рис. 1.22 (ом. также рис. 1.28). Блок
подключения и вспомогательный канал в нем такие же, как и в
модеме на 1200/600 бит/с.
Передатчик и приемник канала передачи данных работают
синхронно. На передаче тактовый сигнал либо поступает с ООД через
цепь стыка 113, либо генерируется в самом модеме и при
необходимости используется для синхронизации ООД через цепь 114.- На
(приеме тактовый сигнал с помощью некоторого критерия,
формируемого путем обработки сигнала данных, синхронизируется с
последним и направляется на ООД через щепь 115 (ом. также разд.
1.1.1.3). Для обеспечения синхронизма между передатчиком и при-
* Описываемый здесь метод часто называют двукратной или двойной
относительной фазовой модуляцией (ДОФМ) [31*, 35* и др.]. Однако в литературе
последних лет более точным признается термин «фазоразностная модуляция»
[24*]. Иногда можно встретить и не совсем удачное выражение
«дифференциальная модуляция». (Прим. ред.)
46
Стык с ООД (обозначения
цепей соответствуют
Рекомендации МККТТ
V. 24 и стандарту
ДИН 66020-М
Ф
Абонентский
Блок
подключения
Передатчик
вспомога -
тельного
канала
Компро -
миссный
корректор
Передатчик
основного
канала
Т
i _ „ I—*J из/л
I I Тактовый i
^| генератор i_
L J
т г
[ j Приемник
основного
канала
120/HS2
121/HM2
118/HD1
105/S2
106/M2
103/D1
111/S4
114/T2
11Б/Т4
Приемник
вспомогательного
канала
104/D2
109/М5
119/HD2
122/НМ5
107/М1
108/S1
125/МЗ
Рис. 1.22. Модем на 2400/600 бит/с
емником после установления соединения передается сигнал фазо-
разностной модуляции, все разности фаз в котором равны 180° или
(по правилу В) +225°, что соответствует последовательности 1111...
Этот синхронизирующий сигнал посылается в интервале времени
между переходами цепей стыка 105 и 106 в состояния «включено».
47
Во время последующей передачи данных при использовании
варианта кодирования А нужно было избегать длинных
последовательностей вида 0000..., иначе сигнал, (передаваемый то линии,
состоял бы лишь из немодулированной несущей и не содержал
никакой информации о тактах. Однако и в случае применения варианта
кодирования В независимо от формы спектра и метода
восстановления тактов на приеме синхронизм между тактовым сигналом,
генерируемым, в месте приема, и сигналом данных яри некоторых
последовательностях 'битов может быть утерян. Регламентация
формы спектра сигнала в линии необходима для обеспечения
совместной работы модемов, выпущенных разными фирмами.
Наиболее важным МККТТ считает установление допусков на отклонения
фазы, что нашло отражение в Рекомендации V.26 бис'
Модулятор и демодулятор. Для получения сигнала фазоразно-
стной модуляции, как и при квадратурной амплитудной модуляции
(КАМ), можно использовать ортогональные несущие колебания
sinon/ и coscoat (рис. 1.23; см. также том 1, разд. 4.3.1.3). В резуль-
Сигнал от
источника
данных
.-
К
,
тг
ФНЧ-
s in cj nt
гн
COS CJpt
ФНЧ-
-ФПрд-
Высоко -
"1 частотный
Рис. 1.23. Формирование сигнала фазоразностной модуляции с использованием
ортогональных несущих колебаний:
К — кодер; ТГ — тактовый генератор; ФНЧ — фнльтр нижних частот; М — модулятор; ГН—
генератор несущей; С — сумматор; ФПрд — выходной фнльтр, установленный на передаче
тате наложения двоично модулированных ортогональных сигналов
получается четырехпозициониый фазомодулированный сигнал.
Отличие этого >метода от метода КАМ, описанного в томе 1, разд.
4.3.1.3, заключается только в способе кодирования, поскольку в
данном случае носителями информации служат уже не амплитуды
отдельных ортогональных' сигналов, а изменения фазы суммарного
сигнала по отношению 'к ее значению в предыдущий момент
отсчета.
■ •. Восстановление информации на приеме может осуществляться
метод'аМи когерентной или разностной 'когерентной демодуляции,
■ко'то'рые были, описаны в разд. 4.3.3 тома 1. Структурная схема
приемника с когерентной демодуляцией приведена на рис. 1.24.
Принцип действия такого демодулятора, как и кратко описанного выше
48
модулятора, основан на использовании ортогональных опорных
колебаний sin оо^ и cos &ot, а отличие от приемника сигналов КАМ
состоит лишь в декодере. .
Принимаемый г
■4ФПрм.
РУ
Демодулятор
НЧ
Jsjn^t
ГН
jj COS CJpt
ФИ.Ч
тг
"П
рд
Регенери -
рованный
сигнал
I данных
Рис. 1.24. Приемник сигналов фазоразцостной модуляции, в котором
используются ортогональные'опорные колебания и'Демодуляция'с применением
перемножителей: ! ''■'
ФПрм — входной фильтр прнемннка; РУ — регулируемый усилитель; М — модулятор; ФНЧ —
фильтр нижних частот; ГН — генератор опорного колебания несущей частоты; СН — блок
синхронизации опорного сигнала несущей частоты; ТГ -j- тактовый генератор; ТС — блок
тактовой синхронизации; РД — решающая схема и декодер
Наряду с рассмотренными, известны, и такие методы модуляции
и демодуляции сигналов двойной ФРМ, -.которые (предусматривают
их формирование или обработку в высокочастотной области [1.29,
1.30, 31 *]. Эти методы обычно реализуются с помощью дискретных
схем (рис. 1.25). При модуляции, передаваемая двоичная
последовательность напрямую и через однокаскадный регистр сдвига (PC)
подается на кодер,' благодаря чему в нем получаются пары битов,
образующие дибиты (рис. 1.25а). Соответствующие дибитам
выходные импульсы (Ai и Аъ) добавляются к прямоугольным импульсам,
поступающим с генератора н имеющим частоту цервой гармоники,
которая в 4 раза .превышает требуемую несущую частоту. За счет
этого в выходном импульсном колебании создаются скачки фазы
Фтп, представляющие передаваемую информацию (дибнты).
Четыре возможные комбинации импульсов (есть импульс, нет
импульса) на выходах кодера А\ и А2 определяют четыре скачка
фазы фгп> = о°, ±90°, 180° (см. том 1, разд. 4.3.3). В качестве примера
на временной диаграмме (рис. 1.25в) показано формирование
скачка фазы +90° в высокочастотном сигнале, т. е. на выходе
двоичного.делителя Д2 за счет добавления одного импульса на входе
делителя Д1.
49
Чтобы избежать в спектре сигнала нежелательного наложения
компонент, зеркально расположенных относительно нулевой
частоты*, частоту сигнала генератора выбирают достаточно высокой
Сигнал ФРМ
Сигнал
генератора
£Г
Д2
rJ2:1
А2
сигнал
Кодер
Передаваемые
данные
PC
1
lJlJlJn_njn_rirLri_rL fr^opa
' Выход Д1
!_* Г
б)
Выход Д2
IJlJljnJIJIjaJTJIJT- Сигнап
генератора
Выход Д1
г— Выход Д2
Рис. 1.25. Формирование сигналов фазоразност-
ной модуляции дискретным методом:
а) схема: Д1, Д2 — двоичные делители: PC —
регистр сдвига; А], А2 — сигналы управления
скачками фазы: б) временные диаграммы
сигналов без модуляции; е) временные диаграммы
сигналов при формировании скачка фазы в 90°
* Такое явление возникает, если скорость модуляции близка по величине к
частоте модулируемого импульсного колебания. В этом случае часть зеркальных
компонент спектра модулированного сигнала, которые при достаточно высокой
несущей частоте целиком располагались бы в области отрицательных частот,
попадает в положительную область и накладывается на другие компоненты, что
приводит к дополнительным краевым искажениям сигнала. (Прим. ред.)
50
(например, 27 .кГц [1.29]) по сравнению с желаемой несущей
частотой сигнала данных (1800 Гц). Таким же образом выбираются
частоты и в описываемом ниже демодуляторе. Частоты,
используемые в модуляторе и демодуляторе, в этом случае одинаковы.
Импульсы .первоначально формируются в передатчике на указанной
высокой частоте, а затем должны быть перенесены по спектру в
(полосу канала ТЧ с несущей 1800 Гц.
Это справедливо и для демодуляции по методу прямого
сравнения фаз на несущей частоте (см. разд. 4.3.3). На рис. 1.26а
показана структурная схема демодулятора с 'прямым сравнением фаз
сигнала данных и синхронного опорного сигнала [1.29, 1.30]. Демо-
Генератор
"-опорнс
.сигнаг
1
Демодул
ВЧ сигна!
,
лр
1
"
ГО
а
1 ОС
1 L
уемый
J актовый
\сцгнал Генерг
ОИ
тор
;отсчетных
-Jg) ИМПУЛЬСОВ.
"
'
Д1
'2:1
1
"
Д2
2:1
\
Декодер
>.
'
PC
1
[емодул
* ,i
"рованныи,
^сигнал .яацньцс
^jnjnjnJnjn-TLTLTL ос
Местное
несущее Г
"колебание
.фазовые области
^емодул.и,-
1руемый.
',.сигнал
Тактовый'
^сигнал
.Отсчехрыи
' ТимоудьсДЙ^
Выход Д1
Выход Д2
Рис. 1.26. Демодулятор сигналов четырехпозиционной
фазоразностной модуляции:
а — схема; б) временные диаграммы сигналов
51
дулятор может быть реализован на .цифровых элементах. На
двоичные делители частоты Д1, Д2 подается опорный сигнал ОС,
частота основной гармоники 'которого равна четырехкратной несущей
частоте. Четыре комбинации состояний на выходах делителей
определяют четыре фазовых области немодулированного несущего
колебания (рис. 1.266), которые иопользуются при обработке
принимаемого сигнала данных. Если несущая частота выбрана
достаточно большой (например, 27 кГц [1.29]) по сравнению со
скоростью модуляции .(1200 Бод), то задержка отсчетного импульса
(ОИ) во времени относительно фронта тактового импульса
оказывается пренебрежимо малой.
Каждой фазовой области поставлено в соответствие одно из
возможных значений разности фаз Фгп=0о, ±90°, 180°.
Комбинации состояний на выходах делителей Д1, Д2, а тем самым и
соответствующие разности фаз Фгп считываются с помощью
упомянутого импульса ОИ* и преобразуются в декодере в соответствующие ди-
биты. В регистре сдвига PC осуществляется затем параллельно-
последовательное преобразование, в результате которого
окончательно формируется принятое сообщение (данные).
Непосредственно после каждого отсчета разности фаз (с
задержкой на т) для подготовки к следующему отсчету на выходах
делителей Д1 и*Д2 устанавливается нулевое состояние.
Отсчетные нм'пульсы одновременно позволяют осуществлять и
синхронизацию опорного генератора, поскольку отклонение
каждого «з них от середины временного интервала, соответствующего
определенной фазовой области, указывает на опережение или
отставание сигнала данных по отношению к опорному сигналу. Каким
образом с помощью этого демодулятора обеспечить минимальную
вероятность ошибки, теоретически возможную при заданном
отношении сигнал /шум, даже в условиях работы с искусственным
источником помех в виде белого шума при прямом соединении
приемника с передатчиком, решить довольно сложно, поскольку в
данном случае существенную роль играет и применяемый способ
восстановления тактов и несущей на приеме.
Характеристики передачи. На рис. 1.16 (кривая 4) приведены
измеренные значения вероятности ошибок в бите для модема на
2400/1200 бит/с 'при прямом соединении приемника с передатчиком
и использовании искусственного 'Источника помех в виде белого
шума. Если сравнить отношения сигнал/шум, при которых
получается определенная вероятность ошибки, то для рассматриваемого
модема оно должно быть больше, чем для модемов на 200 и 1200/
600 бит/с.
При передаче со скоростью 2400 бит/с с применением четы-
рехпозиционной ФРМ для коррекции .канала связи достаточно
компромиссного корректора (см. Рекомендацию МККТТ V.26 бис).
Как видно из рис. 1.18 (кривая 2), для телефонной сети Почтового
52
ведомства ФРГ в случае передачи с использованием указанной
скорости, варианта кодирования В и компромиссного корректора,
специально предназначенного для этой сети (см. том 1, разд.
5.3.1.1), коэффициент ошибок по битам оказывается таким же,.
как в случае передачи со скоростью 1200 бит/с при наличии
идентичного компромиссного корректора [1.22] (относительно
коэффициента ошибок по блокам см. [1.22]). Из рис. 1.18 (кривая 3)
видно, что при использовании варианта кодирования А для того же
метода 'передачи в результате измерений получается несколько
большее значение коэффициента ошибок.
1.2.1.4. МОДЕМ НА 4800/2400 бит/с
Метод передачи и другие положения, касающиеся модемов для
синхронной работы со скоростью 4800 бит/с по телефонным сетям,
долгое время обсуждались в МККТТ. В качестве методов
передачи рассматривались четырехпозиционная амплитудная модуляция
с частично подавленной боковой полосой (4-АМ ЧПБП), двухпо-
зиционная квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) и вось-
мипозиционная фазоразностная модуляция (8-ФРМ). Принятая в
результате Рекомендация МККТТ V.27 тер предусматривает
применение метода 8-ФРМ, причем несущая частота (1800 ±1 Гц) и
кодирование выбраны такими же, как в модемах на 4800 бит/с,,
предназначенных для работы по некоммутируемым -каналам и
соответствующих Рекомендациям V.27 [1.7]) и V.27 бис .(см. разд..
1.3.2.1).
Поскольку при использовании модема на 4800/2400 бит/с, как
и модемов на 2400/1200 и 1200/600 бит/с, передача данных
занимает большую часть полосы частот канала ТЧ, возможен только
полудуплексный режим работы. Для особо неблагоприятных
соединений, когда передача со скоростью 4800 бит/с не позволяет
сохранить долю ошибок на допустимом уровне, предусмотрена
возможность переключения на скорость 2400 бит/с, причем в
этих случаях применяется вариант кодирования А (см. разд.
1.2.1.3). Для передачи квитирующих сигналов так же, как и в
модемах на 2400/1200 и 1200/600 бит/с, выделен вспомогательный
канал на 75 бит/с. При построении приемника следует учитывать
возможность сдвига частоты в ВЧ тракте канала связи до ±6 Гц (см.
том 1, разд. 3.2.2.6).
Все методы 'передачи данных со скоростью 4800 бит/с по
соединительным трактам коммутируемых телефонных сетей
предполагают применение на приеме адаптивных корректоров, поскольку"
при такой скорости передачи влияние неравномерностей затухания
и ГВЗ, значения которых могут сильно различаться при разных
соединениях, слишком велико, чтобы его можно.было
скомпенсировать с помощью компромиссного корректора. Корректор, настра-
5$
иваемыи вручную (см. том 1, разд. 5.3.1.2), в данном случае также
■непригоден, так как на его настройку требуется много времени.
При дальнейшем рассмотрении адаптивных корректоров
'предполагается, что демодуляция осуществляется в двух ортогональных
каналах (см. разд. 1.2.1.3). В одном из уже действующих в США
модемов, .который работает то методу 8-ФРМ, применяется
коррекция в области 'высоких частот [1.31, 1.32], однако здесь такие
корректоры не рассматриваются.
Благодаря^ передаче по двум ортогональным каналам (/ и 2)
в одной и той же полосе частот изменение формы принимаемого
сигнала, обусловленное влиянием линии связи, в обоих каналах
одинаково, т. е. характеризуется коэффициентами ап и а22,
которые равны между собой (ац = а22), а взаимные влияния каналов
друг на друга (переходные помехи), характеризуемые
коэффициентами й!2 и «2ь противоположны (ai2=— a2i) [1.33]. В общем
■случае корректор, предназначенный для компенсации искажений
сигнала по четырем указанным параметрам и построенный то
схеме, приведенной на рис. 1.27, должен содержать четыре блока
коэффициентов.
Вход
-№—НТ
4КЙадЯ
орто™ьныахТпо^1^К^Ри^ТОР»ДЛЯ сигн„ал0Б> Демодулируемых с применением
ортогональных опорных колебании несущей частоты (каналы 1 и 2) ■
^антГа°те™^КИ^С0^зТ4и3^маД^Н0Й CK°P°C™ мо«Уля«и^ 2-сумматор; Кв-
и втооого к*йя™Т tnn к°эфФициенты Для минимизации собственных искажений первого
женийпепяпгп „ ' "' й"): * " *'*« ~ коэффициенты для шшимизапии взаимных
искажений первого и второго каналов (a,s a2!)
54
\ Канал 1 Канал 2
Эыход на решающую
схему
Рис. 1.28. Адаптивный корректор с использованием временного разделения сигналов, демодулируе-
мых с применением ортогональных опорных колебаний несущей частоты (каналы / и 2):
Т/2 — звено задержки на половину единичного интервала, соответствующего заданной скорости модуляции- S —
сумматор; Кв — квантователь; kn —коэффициенты для минимизации собственных искажений каналов 1аи', aZ2);
h'n — коэффициенты для минимизации взаимных искажений между каналами (а12, в21); ЗИ —схема для учета
соотношения а,»=—eta при временном разделении
Если, однако, учесть соотношения аи = а22 и ai2=—«21 и
использовать в корректоре разделение по времени, то можно
обойтись вдвое меньшим числом таких блоков, как это 'показано,
например, на рис. 1:28. Подобный режим разделения по времени
может применяться и в корректорах, реализованных в цифровом
варианте. В этом случае аналоговый сигнал, поступающий на вход
корректора, преобразуется в цифровую форму достаточно точным
аналого-цифровым преобразователем 'н 'подвергается далее чисто
цифровой обработке. Благодаря указанным выше соотношениям
нужно хранить >в памяти не четыре, а только два коэффициента и
учитывать знак.
В канале / отсчеты сигнала непосредственно поступают на вход
корректора, а в канале 2 запоминаются на .время Г/2 аз
аналоговом звене выборки и хранения (здесь Г— единичный интервал).
Отсчеты с частотой следования 2/Г сдвигаются адаптивным
корректором. Блоки коэффициентов кп (п=—'!, ..., 4), указанные в
нижней части схемы, обеспечивают коррекцию собственных
искажений (аи=:а22), а блоки коэффициентов knl 'В ее верхней части —
■коррекцию взаимных искажений сигналов двух каналов. Схема ЗИ
.(задержки и инвертирования), изображенная в верхней части
рисунка, предназначена для инвертирования знака (ai2—— a2\) и
создания задержки сигнала, необходимой для временного
разделения.
Получение сигнала ошибки, необходимого для .настройки
коэффициентов, на рис. 1.27 и 1.28 не показано. Этот вопрос уже был
рассмотрен в томе 1, разд. 5.3.2.
, В модеме на 4800/2400 бит/с передаче данных предшествует
■стартовая процедура. Она состоит в установке надлежащих такта
;и несущей и в настройке адаптивного корректора. Занимаемое ею
время (задержка между состояниями «включено» в цепях 105 и
106) соответствует времени, предусмотренному Рекомендациями
МККТТ V.23 и V.26 бис для установления соединения. При работе
в полудуплексном режиме, которая начинается вслед за стартовой'
процедурой, полученные 'при настройке параметры адаптивного
корректора запоминаются на то время, пока ведется передача в
^направлении, противоположном первоначальному. Поэтому при
изменении направления передачи стартовая процедура занимает
меньше времени, чем в первый раз — на нее отводится около 50мс.
В остальном между стыками модемов на 4800/2400 и 2400/1200
•■■бис/ нет различия (см. рис. 1.22).
Относительно характеристик передачи с помощью описываемо-
то модема до сих пор было сказано мало. Упоминалось только об
■отношении сигнал/шум при работе с прямым соединением
'приемника и передатчика .и искусственным источником помех типа
белого шума IB полосе частот от 300 до 3400 Гц. При вероятности
■ошибки в бите Ю-5 это отношение составляет около 17 дБ (см.
рис. 1.16). Высокая удельная скорость передачи данного модема
требует учитывать и фазовое дрожание (см. том 1, разд. 3.2.2.6).
В цепи прямого соединения, допустимо фазовое дрожание
примерно до 25°, при ■превышении этого значения появляются ошибки.
1.2.2. МОДЕМЫ ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
С помощью описанных выше модемов отдельные биты
каждого знака передаются последовательно, друг за другом по одному
каналу. Однако можно поступить и иначе: подразделив
имеющуюся в распоряжении 'полосу частот на несколько каналов,
передавать по ним несколько битов одновременно—-параллельно. При
■параллельной передаче данных передающие установки можно
реализовать очень просто, с незначительными затратами. Поэтому
такой метод имеет преимущества главным образом в системах
сбора данных (информация собирается 'приемными установками
нескольких центральных пунктов от большого числа передающих
установок периферийных пунктов), а также может применяться»
в справочных системах (типа «запрос—-ответ»).
В разд. 1.2.2.1 рассматриваются соответствующие модемы длят
универсального 'применения в коммутируемых телефонных сетях..
В качестве передатчика используется модем, имеющий стык с
оконечным оборудованием данных. Отведенная для передачи полоса
частот (900—2000 Гц) выбрана таким образом, чтобы исключалось
влияние помех от системы сигнализации.
В разд. 1.2.2.2 описывается система, в которой в качестве
простейшего передатчика использован сам тастатурный (с 'кнопочным
набором) телефонный аппарат, что, однако, не всегда возможно
из-за занимаемой при этом полосы частот (680—1650 Гц).
1.2.2.1. МОДЕМЫ ДЛЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В КОММУТИРУЕМЫХ ТЕЛЕФОННЫХ СЕТЯХ
Модемы как 'периферийных, так и центральных установок
имеют стык с оконечным оборудованием данных. У модема
центральной установки электрические характеристики стыка
соответствуют Рекомендаций МККТТ V.28. Модемы периферийных установок,
имеют контактный стык, предусмотренный Рекомендацией V.31
[1.17], которая допускает 'применение очень простых типов
оконечного оборудования данных, оз простейшем случае — тастатуры
(кнопочного номеронабирателя) с контактами 'без собственного'
источника питания.
Методы передачи и обратные сигналы. Согласно Рекомендации-
МККТТ V.20 (ранее V.30) данные можно передавать с
применением четырехпозиционной частотной модуляции двумя или тремя
группами частот (рис. 1.29).
57
При наличии т групп по четыре частоты, выбирая по одной
частоте из каждой группы, можно передать 4т .комбинаций частот.
Рекомендацией МК.КТТ V.20 (ранее V.30) 'предусмотрена
возможность использования двух или трех групп частот, причем одна из
частотных комбинаций зарезервирована в качестве нулевой. Таким
■образом, общее число свободно выбираемых комбинаций
составляет 15 или 63. Поскольку возможна передача до 40 комбинаций
частот в секунду, а между каждыми двумя свободно выбираемыми
■комбинациями вставляется нулевая, то можно передавать до 20
свободно выбираемых комбинаций в секунду (рис. 1.29, системы
У и 2). При использовании систем 3 и 4 (см. рис. 1.29), которые
далее в книге не рассматриваются, простота, 'Свойственная
параллельным методам передачи, отчасти теряется.
Скс'тЕ-
май"
Частот -
чная
группа
Объем
алфа-
A + C
-*-
'Скорость,
15
А + В + С 63
А + В + C 16
А + В + С 256
.20
20
40
20
План частот
1000 1160
920 1080
А
1 , , 1
f 1 f2 f3 U
А
1400 1560
1320 1480 1
Частота »-
В
1В00 1960
720 Т880 ГЦ
с
1 , , 1
U Ь -з Ч
с
1 , , 1 1 , , 1 1 , , 1
f 1 f2 ь Ч
А
1 , , 1
f, f2 f3 f4
A
I , , 1
f 1 +2 f3 U
В
n
+2 Ь
В
П
f1 *2 f3 U
с
I , , I
1, f2 f3 U
С
I'll
Комбинаций частот
ЬЬЬЧ 12Ъ f 7 f2 f3 -f-4
0 .50 100 150 200
С |o|.|o|.|6|.r°W
о
о
о
•
•
•
о
о
о
•|о|#|о|*|
•с
•о»
•|о|»|о|.|
•
о
о о о • 6\
Ш D Ш О ш\
о о о • о о|
|о|.
□ .
о о
о
о
о
о о too
■
и ш
1 Ш
о • о о о
*U "fB3
Рис. 1.29. Частоты и комбинации частот, используемые при параллельной
передаче с помощью модемов согласно Рекомендации МККТТ V.20 (ранее V.30)'
Возможность обратной 'передачи от центральной установки к
■периферийным предусмотрена я при параллельном методе:
обратно передаются речевые сигналы или тональный сигнал
'Подтверждения, воспринимаемый и обрабатываемый акустическим или
электрическим путем. Стандартная частота тонального сигнала равна
420 Гц, возможна его модуляция по амплитуде (со скоростью до
5 Бод). Центральная установка может посылать этот сигнал
одновременно с приемом сигналов данных. Речевые сигналы, напротив,
58
передаются лишь в паузах между сигналами данных, так как
занимают всю имеющуюся полосу частот.
Для всех передаваемых частот установлено' допустимое
отклонение ±4 Гц. Таким образом, максимальное отклонение частоты*
на приеме с учетом возможного сдвига частоты в канале связи до
±6 Гц (см. том 1, разд. 3.2.2.6) может достигать ±10 Гц.
Принцип построения модемов центральных и периферийных
оконечных установок. Структурная схема модемов периферийной
и центральной оконечной установок (т. е. соответственно
передающего и 'приемного модемов) показана «а рис. 1.30 (см. также
ИейтрЗДЬЯааУстаНо1згКа^
ТЙййФбЙЙВай
ТШЬ'Пвс>
Йток! Контроля
'' -yp'OBW,
'детектор
'качества..
1°!».
124/S3,
А
J407/M1
(108/S1)
(125/МЗ)
! 4t?lfo2
Приемник .
сигналов под
Утверждения
Do-
<
■
.■
Соединительный,
~тракт
1 —гелефонйо^
сет.и
3£5,<В) 104#>2,
131/Т&
107/М1
10B/S1
125/МЗ.
105/S2*
Приемник,
сигналов
подтверждения
Усилитель.,
для речевого
' - ответа
Тоо^коговоойтёльи
/и усилитель^Дл.я^г
речевого ответу.
130/SSL
191/At
102(E2L
101/Et
'бтьГКЙОЧ ,_._ . ,.
5~т1епей*соотв"ет'ств^кгг4
Текомен'дацИйГМ KKTf V* 24
/и стаНдартУЪМЛЮЯНЬ
'С'трГк с ООД (обозначений^ ■
цепей'соответствуют*
Рекомендации МККТТ V^24
^;с1анд;артУ^ИН 660Щ},
Рис. 1.30. Модемы для параллельной передачи в соответствии с Рекомендацией
МККТТ V.20 (ранее V.30)
[1.34—1.37]). Блок подключения модема центральной установки
имеет лишь некоторые несущественные отличия от аналогичного
блока модема для 'последовательной 'Передачи в 'полудуплексном
режиме. Блок подключения модема периферийной установки
рассмотрим подробнее.
Модем периферийной установки. Чтобы в передающей
оконечной установке можно 'было использовать простые виды ООД, не
требующие собственных источников питания, в ее модеме
предусмотрен контактный стык (ом. разд. 1.1.4). Сам модем при
необходимости также может работать без специальной питающей сети
59-
и получать питание от станционной батареи (шлейфовым током).
Подключение модема периферийной установки 'при питании его
от специальной сети осуществляется так же, как и модема для
последовательной передачи, работающего в полудуплексном
режиме. У 'модемов периферийных установок, питающихся от
станционной батареи, цепи стыка 108 и 125 по соображениям экономии
мощности обычно не предусмотрены. Переключение с режима
телефонной связи на передачу данных производится вручную путем
опускания микротелефонной трубки на рычаг аппарата. При этом
приводятся б действие 'контакты переключателя [1.34]. Указанное
переключение может осуществляться автоматически с помощью
цепей стыка 108 и 125, если для них предусмотрено специальное
.электрическое управление [1.34].
Передатчик содержит генераторы с колебательными контурами
{разд. 1.2.1.1), настроенными на четыре частоты и
переключаемыми в процессе модуляции. Если в некоторой группе ни одна из
трех цепей 103 передачи данных (рис. 1.30) не находится в
состоянии 1, в этой группе передается частота покоя. В качестве общего
обратного провода используется цепь стыка 102'.
Суммарный уровень мощности, поступающей от модема
периферийной установки, должен быть таким же, как .в канале
передачи данных с последовательными модемами (см. том 1, разд.
3.2.2.1). Уровень мощности в отдельных каналах при
использовании двух групп частот ниже суммарного уровня на 3 дБ, а при
использовании трех групп — на 5 дБ.
Для обработки обратных сигналов в модеме периферийной
установки предусмотрено два приемника, каждый из которых по
выбору может быть подключен через мостовую схему. Один из
приемников предназначен для усиления речевых сигналов, которые
затем воспроизводятся громкоговорителем, установленным в модеме.
Цепь стыка 192, предусмотренная Рекомендацией МККТТ V.20
'(ранее V.30), может использоваться для передачи электрических
речевых сигналов на ООД лишь в том случае, если невозможно
прослушивание других разговоров (переходный разговор).
Специальные меры по устранению этого явления потребовали бы таких
затрат, которые слишком велики для приемников простых
периферийных установок. Второй приемник обрабатывает тональный
сигнал подтверждения частотой 420 Гц и через контактный стык
направляет двоичную информацию на оконечное устройство.
При питании от станционной батареи оба приемника могут
работать попеременно с передатчиком; при наличии у периферийных
установок собственных источников питания возможна
одновременная работа передатчика и приемника тонального сигнала
подтверждения.
1 Каждая из остальных цепей контактного стыка (см. разд. 1.1.4) имеет
{собственные прямой и обратный проводы.
60
Модем центральной оконечной установки. В модеме
центральной установки (поступивший сигнал прежде всего проходит через
два или три фильтра нижних частот —в соответствии с числом
используемых групп частот. Затем с помощью демодулятора
определяются значения частоты по ■каждой из групп я, наконец, в
соответствии с принятыми частотами на стыке изменяются состояния
■цепей 104 приема данных. Для указания моментов времени, аз
которые эти сигналы, параллельно поступившие на цепи стыка,
должны считываться ООД, служат маркерные сигналы отсчета на
приеме, имеющиеся в цепи стыка 131.
В 'Отличие от двухтюзиционной частотной модуляции, на
приеме в данном случае оказывается предпочтительным определять
частоту с помощью фильтров, настроенных на соответствующие
частоты (фильтрового демодулятора, см. [1.38]).
Метод параллельной передачи дает дополнительную
возможность простым способом, хотя .и в ограниченном объеме,
обнаруживать ошибки на приеме:, для этого достаточно проверить,
действительно ли принята в каждой частотной группе одна и только
одна частота. Сигнал, указывающий на обнаруженную ошибку
передачи, поступает на ООД ою цепи стыка 110 «Качество приема».
В. модемах центральной установки, которые оснащены
приемниками, рассчитанными на три группы частот, и работают совместно с
периферийными установками, имеющими передатчики как на две,
так и на три группы частот, количество групп в процессе работы
должно меняться по сигналу, поступающему от ООД по цепи 124
«используются все частотные группы».
Передатчик тональных сигналов подтверждения частотой
420 Гц может работать одновременно с приемником канала
передачи данных. Если же должен быть послан речевой сигнал ответа,
■то с помощью цепи стыка 105 производится переключение с
передатчика тонального сигнала подтверждения на усилитель
речевого сигнала. Одновременно отключается приемник канала данных,
так как в противном случае речевой сигнал может вызвать ложную
смену состояния в цепи 104.
Характеристики передачи. На рис. 1.31 представлены измерен-
■ные значения вероятности ошибки в системе параллельной
передачи, соответствующей Рекомендации МККЛТ V.20 (ранее V.30) и
имеющей фильтровый демодулятор в цепи прямого соединения
приемника и передатчика в зависимости от отношения сигнал/шум
при работе с искусственным источником белого шума. Как видно
из рисунка, нормальная передача возможна при довольно малом
отношении сигнал/шум (см. также рис. 1.16). Это соответствует
■и измерениям в сети Почтового ведомства ФРГ, которые
-показали, что в 95% всех выбранных соединительных трактов ошибки
отсутствуют. Из ошибок, появившихся в остальных трактах, зна-
61
чительная часть автоматически обнаруживалась модемом цент-
Рис. 1.31. Вероятность ошибки
при параллельной передаче с
помощью модемов в
соответствии с Рекомендацией МККТТ
V.20 (ранее V.30; под
вероятностью ошибки в данном
случае понимается доля ошибочно
переданных комбинаций
частот или комбинаций покоя):
кривая 1 — две группы частот (А
и С), кривая 2 — три группы частот
(А, В и С). Измерения проводились
при прямом соединении приемника
с передатчиком и наличии
искусственного источника белого шума с
Отношение сигнал/шум —*- полосой частот 3100 Гц
1.2.2.2. УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТОТ
КНОПОЧНОГО НАБОРА НОМЕРА
В качестве оконечного оборудования и аппаратуры (передачи
данных может быть использован и сам телефонный аппарат. Для
ввода небольшого объема числовых данных ■особенно хорошо
подходит кнопочный номеронабиратель тастатурного телефонного
аппарата *, приемником речевого или тонального сигнала может
служить телефонный капсюль трубки.
Метод многочастотного кодирования, применяемый в аппаратах
с кнопочным набором в соответствии с Рекомендацией МККТТ
Q.23 [1.39], весьма сходен с .методом передачи, используемым в
параллельных модемах по Рекомендации МККТТ V.20 (ранее
V.30) и рассчитанным на 15 комбинаций-. Здесь также имеются две
группы частот (А и В) по четыре частоты (табл. 1.5), и из каж-
Таблица 1.5
Частоты миогочастотного кода, применяемого в тастатурных
телефонных аппаратах, Гц
Частотная группа А
Частотная группа В
697
1209
770
1336
852
1477
941
1633
дой группы 'передается по одной частоте. Однако каждые две
частотные комбинации разделяются не нулевой комбинацией, а пау-
* Так называют телефонный аппарат с тастатурным, т. е. кнопочным или
клавишным набором номера. (Прим. ред.)
ральной установки [1.22].
10-
10-
10"
\
W2
1 \\
\
-6
-3
дБ 3
62
зой в передаче. Поэтому для передачи могут 'быть использованы
все 16 комбинаций. В одну секунду можно передать десять
комбинаций частот с минимальной длительностью сигнала 30 мс и
минимальной паузой 25 мс.
Значения отдельных частот в данном случае взяты не с
равными интервалами между ними, как в последовательных модемах,
соответствующих Рекомендации МККТТ V.20 (см. рис. 1.29), а
образуют геометрическую прогрессию, поэтому при генерации этих
■частот можно использовать элементы, у которых допустимые
относительные отклонения частот одинаковы. Для 'кнопочного набора
Рекомендацией МККТТ Q.23 кроме самих частот установлено и
конкретное правило соответствия их отдельным цифрам (табл.
1.6). Шесть комбинаций частот, оставшихся свободными после ко-
Таблица 1.6
Соответствие между частотами и цифрами
при многочастотном кодировании
по Рекомендации МККТТ Q.23
Частоты, Гц
697
770
852
941
1209
1
4
7
*
1336
2
5
8
0
1477
3
6
9
#
1633
А
В
С
D
дирования цифр, отведены
для дополнительных знаков,
смысл которых пока еще не
получил точного
определения.
Комбинация частот
посылается тастатурным
телефонным аппаратом в
течение всего времени, пока
нажата соответствующая
кнопка; микрофон,
расположенный в трубке, на это время
отключается.
Для приемников такого рода сигналов данных, т. е. для
модемов центральных установок, МККТТ уже разработана
Рекомендация V.19. К этим приемникам, предназначенным для обработки
сигналов данных, поступающих от абонентов,
предъявляются более высокие требования, чем к устройствам, которые в
узлах коммутации получают от абонентов такие же сигналы при
кнопочном наборе номера. В последнем случае следует учитывать
лишь затухание в линии между абонентом и узлом коммутации, в
то ©ремя как при приеме сигналов данных помимо затухания,
которое может быть более значительным, возможен и сдвиг частоты
в общем соединительном тракте между абонентами. Кроме того,
приемник сигналов данных должен быть таким, чтобы не
возникало ошибок, вызванных эхом у слушающего (см. том 1, разд.
3.2.2.5). Последнее возможно лишь в том случае, если эхо-сигнал
у слушающего появляется до окончания принимаемой комбинации
частот, т. е. задержан менее чем на 30 мс; в противном случае,
попадая в паузу, он может восприниматься как новая комбинация.
Для надежного выявления конца переданной комбинации уровень
эхо-сигнала должен быть по крайней мере на 16 дБ ниже уровня
полезного сигнала.
63
Так как в паузах между передачей комбинаций частот
микрофон телефонного аппарата включен, то электрические сигналы,
вызванные разговором и другими шумами в помещении, могут
создавать помехи передаче данных. Поэтому приемник должен быть
устроен таким образом, чтобы ошибочное отождествление
указанных помех с частотной комбинацией было> бы возможно лишь для
самых редких комбинаций. Такого рода приемники с защитой от
речевых помех описаны, например, в [1.40, 1.41].
1.2.3. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫЗОВА
ДЛЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ТЕЛЕФОННЫМ СЕТЯМ
В коммутируемой телефонной сети при передаче данных
помимо обслуживаемых оконечных установок могут использоваться и
необслуживаемые установки. Если необслуживаемой 'является
вызывающая установка, то это означает, что все операции в
процессе установления соединения, выполняемые обычно обслуживающим
персоналом с 'помощью телефонного аппарата?—снятие мякроте-
лефонной трубки, ожидание ответного сигнала станции, набор
номера, осуществляются ООД через его стык с АПД (рис. 1.32).
» Стык с ООД (обозначения
цепей соответствуют
Рекомендации MKKTTV.24
и стандарту ДИН 66020-1)
Цепи стыка
серии 100
(см. табл. 1.1,
1 верхн.часть)
ъ
р
/.
Абонентский
ввод
Модем
УАВ
А
1
*
1
\
пд
Цепи стыка
серии 200
(см. табл. 1.1,
нижн. часть)
Рис. 1.32. Схема сорместного включения
устройства автоматического вызова (УАВ) с модемом
и оконечным оборудованием данных в тракте
передачи данных по телефонной сети
Часть АПД, предназначенная для автоматического установления
соединения, называется устройством автоматического вызова
(УАВ); она связана с ООД через специальный разъем.
64
Стык и процедура автоматического установления соединения,
предусмотренные Рекомендацией МККТТ V.25, описаны в разд.
1.1.1.1. Определения цепей стыка для автоматического вызова
наряду с описанием стыков модемов содержатся в Рекомендации
V.24, а их электрические характеристики соответствуют
Рекомендации V.28. Номера этих цепей относятся к серии 200 (см. табл.
1.1, нижнюю часть).
Процесс установления соединения начинается по требованию
со стороны ООД, которое подает соответствующий сигнал в цепь
стыка 202 (см. разд. 1.1.1.1). Вслед за этим УАВ замыкает
местный шлейф, что для коммутационной телефонной станции служит
сигналом состояния «Трубка снята». После 'получения тонального
сигнала ответа станции (он играет роль приглашения к набору
номера) цифры вызываемого номера с ООД поступают одна за
другой на УАВ, которое передает их на коммутационную станцию.
Для этого, например (при использовании системы абонентской
сигнализации с обычным номеронабирателем), УАВ размыкает
местный шлейф в таком же ритме, как это происходит при вращении
диска номеронабирателя. В системах с кнопочным набором
процедура на стыке протекает аналогично, отличие состоит лишь в том,
что УАВ вместо периодического прерывания шлейфа передает
частоты кнопочного набора, соответствующие цифрам вызываемого
номера.
После завершения 'процесса набора номера УАВ посылает в
линию тональные сигналы вызова (например, на нижней
характеристической частоте соответствующего модема) длительностью от
0,5 до 0,7 с, -чтобы при ошибочном соединении указать
вызываемому абоненту, что с ним соединилась оконечная установка
передачи данных, 'производившая .вызов автоматически.
В паузах длительностью от 1,5 до 2,5 с между сигналами
вызова УАВ ожидает тональный сигнал ответа (частотой 2100 Гц)
вызываемой оконечной установки передачи данных. После того как
он получен, УАВ переключает телефонную линию на модем своей
оконечной установки. Теперь между двумя оконечными
установками может быть создан соединительный тракт передачи данных
(см. разд. 1.1.1.2).
1.3. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ^Л
ДЛЯ НЕКОММУТИРУЕМЫХ КАНАЛОВ И ТРАКТОВ
В этом разделе рассматривается аппаратура передачи данных
по некоммутируемым соединительным трактам, включающим в
себя такие каналы связи, которые служат и для передачи
аналоговых сигналов в телефонных сетях: низкочастотные и пупинизиро-
ванные кабельные линии ближней связи, а также каналы ТЧ и
'Первичные группы каналов, предназначенные для дальней связи
(см. том 1, разд. 3). Аппаратура, применяемая в некоммутируемых
сетях передачи данных, рассматривается в разд. 1.4.
Администрация связи предоставляет в распоряжение абонентов
либо только каналы связи телефонной сети, к которым абоненты
могут подключать собственную аппаратуру передачи данных, либо
расширенные каналы, включающие в себя и АПД, т. е. тракты
передачи данных от стыка до стыка *.
Для организации некоммутируемых соединительных трактов
могут быть использованы не только каналы ТЧ, но и низкочастотные
или пупинизированные кабели, а также первичные группы
каналов. Кроме этого, такие тракты имеют по сравнению с
коммутируемыми соединительными трактами телефонных сетей следующие
преимущества:
соединительный тракт может 'быть четырехпроводным, т. е.
возможна одновременная 'передача в обоих направлениях
(дуплексный режим) даже в тех случаях, когда вся имеющаяся в
распоряжении полоса частот полностью используется для передачи в
одном направлении;
возможен специальный подбор и коррекция характеристик
канала связи, поэтому у всех рассматриваемых здесь модемов по
сравнению с аналогичными модемами, применяемыми в
коммутируемых телефонных сетях, показатели, характеризующие
устойчивость к искажениям, помехам и другим влияниям канала связи
(см. том 1, разд. 3), оказываются более благоприятными;
возможно подключение АПД многих пространственно
разнесенных оконечных установок к одному общему четырехпроводному
каналу или « нескольким таким каналам (многопунктовое
соединение с использованием разветвителя линий, см. разд. 2.1.2.2).
Так организуется совместная работа центральной установки с
различными периферийными установками, подключенными к линии
связи. Как и в полудуплексном режиме, в атом случае необходимо
управление передатчиком, а время, требуемое для перехода от
одной периферийной установки к другой, т. е. время установления
соединения, должно 'быть .коротким.
Аппаратура передачи данных, предназначенная для работы по
некоммутируемым каналам и трактам, как и АПД, применяемая
в коммутируемых телефонных сетях, «осит название модемов,
поскольку имеет аналогичную задачу — так преобразовать двоичные
сигналы данных, поступающие с ООД, чтобы их можно было
передать в полосе частот используемого канала связи. Для
обеспечения совместного функционирования модемов, выпущенных
разными фирмами и работающих в некоммутируемых каналах дальней
* В отечественной литературе упомянутый расширенный канал обычно
называют каналом передачи данных. Тракт передачи данных — более общее
понятие, он может включать в себя несколько параллельных каналов связи (Прим.
ред.)
международной связи, характеристики этих модемов, как и
модемов для коммутируемых телефонных сетей, согласованы на
международном уровне в рамках Рекомендаций МККТТ. Что же
касается модемов, предназначенных для ближней связи, то в
международных соглашениях относительно них нет надобности, так как
применяются они только в пределах одной страны.
Перечень аппаратуры, которая будет рассмотрена в следующем
разделе, приведен в табл. 1.7. Так как модемы некоммутируемых
трактов применяются почти исключительно- для одновременной
передачи в обоих направлениях (т. е. в дуплексном режиме, ом. разд.
1.1), то уже здесь до подробного описания можно указать на
структурной схеме наиболее важные цепи стыка с ООД (рис. 1.33). По
некоммутируемым каналам ТЧ, используемым для передачи
данных, с помощью специальных дополнительных устройств можно
'также осуществлять телефонную связь. В этом случае « цепям
стыка, показанным на рис. 1.33, добавляются цепи 108 и 125
(см. разд. 1.1).
Стык с ООД {обозначения
цепей соответствуют
Рекомендации МККТТ V. 24
и стандарту ДИН 66020-1)
(105/S2) (2)
106/М2
103/D1
(113/Т1) (1).
(114/Т2) (1)
(115/Т5) (1)
104/D2
109/М5
107/М1
102/Е2
101/Е1
Пиния
связи
г
поду
I
Передатчик
Приемник
~
■||—о—о-
Рис. 1.33. Модем для некоммутируемых каналов с дуплексным режимом
работы. Цепи (1) необходимы только при синхронной передаче; (2) — только при
управлении передатчиком (при многопунктовой связи или в полудуплексном'
режиме)
1.3.1. МОДЕМЫ ДЛЯ РАБОТЫ ПО НИЗКОЧАСТОТНЫМ
И ПУПИНИЗИРОВАННЫМ КАБЕЛЬНЫМ ЛИНИЯМ
Для передачи на близкие расстояния в качестве
некоммутируемых линий связи -используются проводные нары низкочастотных
кабелей (ом. том 1, разд. 3.1.2), а на более значительные расстоя-
3* 67
Таблица 1.7
Модемы, предназначенные для применения в некоммутируемых каналах
Тип канала
Низкочастотная кабельная
линия
..
Канал
тональной
частоты
Первичный
групповой
какал
Скорость
передачи, бит/с
До 9600 и
выше
4800
4800/2400
9600/7200/4800
Г2000/64000/
/56000/48000
Рекомендация
МККТТ
_
—
V.27
V.27 бис
V.29
V.36
1
Режим работы
Дуплексная
передача по
четырех-1 или
двухпроводному
тракту, «прозрачная»
к скорости или
.-инхронная
Дуплексная
передача по четы-
рехпроводному
тракту, как
правило, синхронная
Дуплексная
передача по четы-
рехпроводному1
тракту и
полудуплексная — по
двухпроводному,
синхронная
Дуплексная
передача по четы-
рехпроводному1
тракту, синхрон-
пая
Дуплексная
передача по четы-
рехпроводному
тракту
Метод передачи
Двухполюсная
передача
• *
Возможны
разные методы
передачи (см. также
примечания)
Четырехпози-
ционная фазораз-
ностная
модуляция
Квадратурная
амплитудная
модуляция, 16-пози-
ционный сигнал
Двухпозицион-
ная амплитудная
модуляция с
одной боковой
полосой
Коррекция
Обычно без
коррекции; для
повышения дальности—
компромиссный
корректор (разд.
1.3.1.1)
Настраиваемый
или
автоматический корректор
(см. разд. 1.4.1.3)
Корректор с
ручной
настройкой, адаптивный
корректор
Адаптивный
корректор
Коррекция
канала связи
Примечания
Для дуплексной
работы по
двухпроводным
каналам необходимы
дополнительные
устройства (см.
разд. 1.3.1.1)
В сети
Почтового ведомства ФРГ
применяется псев-
дотроичиый метод
(разд. 1.4.1.3)
Возможно
использование
вспомогательного
(обратного) канала
со скоростью до
75 бит/с
В Рекомендации
МККТТ V.35 для
скорости 48 кбит/с
предусмотрен
другой модем (см.
разд. 1.3.3)
1 Возможен и многопуиктовый соединительный тракт.
НИя — и пары пупинизированных кабелей (см. том 1, разд. 3.1.3).
Так как эти ка'бели могут служить составной частью каналов ТЧ,
то для передачи тю ним применимы модемы, работающие со
скоростями до 9600 бит/с по 'принципу модуляции несущей и
описанные в разд. 1-2 и 1.3.2, причем ограничение полосы частот,
обусловленное пупинизацией, ,не должно.быть слишком сильным (см. том 1,
табл. 3.3). При скоростях передачи 1200 бит/с и выше ,из-за
ограниченной полосы частот в этих модемах должна осуществляться
многопозиционная модуляция, а при скоростях 'более 4800 бит/с
необходима очень точная коррекция.
Вместо передачи с применением модуляции (см. том 1, разд.
4.3) на некаммутируемых линиях ближней связи могут
использоваться .методы передачи в первичной полосе частот* (см. том [,
разд. 4.2), которые нередко оказываются существенно более
простыми и в реализации. Кроме того, они позволяют свести передачу
по проводным парам 'низкочастотных кабелей с более высокими
скоростями, например 48 кбит/с (см. разд. 1.3.1.2). Однако в
пупинизированных кабелях при этих методах достижима лишь
скорость порядка 2400 бит/с Из-за ограничения полосы частот в
результате пупинизащии (ом. том 1, разд. 3.1.3) для достижения
более высоких скоростей передачи необходимо использовать модемы,
специально предназначенные для каналов ТЧ.
Хотя устройства передачи данных в первичной полосе частот
работают без модуляции, их нередко все же называют «модемами
ближней связи», поскольку функции, которые они выполняют по
отношению к оконечному оборудованию, аналогичны функциям
соответствующих модемов. Для передачи со 'скоростями до 9600 бит/с
пригодны все методы, описанные в разд. 4.2 тома 1. При выборе
метода передачи существенную роль играет максимально
допустимый уровень передачи, от которого при заданной максимальной
дальности связи зависит минимальный уровень приема, а
следовательно, и помехозащищенность.
На рис. 1.34 приведены графики допустимого пикового
напряжения передачи для разных методов передачи в первичной полосе
частот *, при которых псофометрическое (т. е. соответствующее
чувствительности человеческого уха, см. разд. 5.2.4Л) значение
напряжения помех, наводимого в соседней паре жил, менее 0,2 мВ.
Указанное значение установлено, в частности, Почтовым
ведомством ФРГ в качестве верхней границы допустимых помех для
систем телефонной связи. Другие ведомства предъявляют
аналогичные требования. Предполагается, что импульсы** специально подоб-
* Т. е. в полосе частот первичного сигнала, без переноса его спектра с
помощью модуляции. (Прим. ред.)
** См. том 1, разд. 4.2.6. (Прим. ред.)
69
■ранней формы в данном случае не .истголшуютга, так что
передаваемые импульсы имеют приблизительно прямоугольную форму.
Как видно из графиков, наибольшее напряжение передачи
обеспечивается при псевдотроичном методе, поэтому именно этот метод
Почтовое ведомство ФРГ предлагает использовать в сетях
передачи данных (см. разд. 1.4.1.2, а также [1.42, 1.43]).
"ss
<«к
\
\
V
V
ч
\
Л
>
"-'
—
— '
к*"""
__
—■■'
-<j
с^
.--1
^
^f
--—"
,и
-2
1
5 6 7 8
Скорость передачи —
10
11 12
кбит/с
Рис. 1.34. Допустимо^ напряжение передачи при различных методах передачи:
^псев?отпп^1™НГЛт Т°КОМД г~ биполярным методом; 3 _ двухфазно-кодовым методом;
vrMbZ7Zw™ методом. Справедливо для стохастической последовательности прямое
^?,п=^1 „„ У ЬСОВ лри ок°иечном сопротивлении линии 150 Ом и с учетом допустимого
напряжения помех в соседних парах 0.2 мВ (эффективное значение)
При^скоростях более 9600 бит/с помимо упомянутых выше
ограничений на напряжения помех в телефонном .канале необходимо
принимать во внимание помехи, которые система передачи данных
может создавать для других систем связи, использующих соседние
пары жил кабеля (см. том 1, табл. 3.4).
В системах 'ближней связи модемы работают в основном со
скоростями ниже 9600 блт/с. В отдельных случаях необходима
передача с варьируемой скоростью. Однако за исключением
однополюсного и двухполюсного телеграфирования все описанные в
первом томе (см. разд. 4.2) методы передачи в первичной полосе
частот (в том .числе .и псевдотроичный, специально выбранный для
сетей передачи данных) требуют тактовой синхронизации.
Поэтому при указанных скоростях используют модемы ближней связи,
в которых применяется метод двухполюсной передачи (более
благоприятный по сравнению с однополюсным, см. том 1, разд. 4.2.1)
и которые в равной степени пригодны для передачи как
изохронных, так и неизохронных сигналов данных [1.44—1.46].
1.3.1.1. МОДЕМЫ ДЛЯ РАБОТЫ ПО НИЗКОЧАСТОТНЫМ
И ПУПИНИЗИР.0ВАННЫМ КАБЕЛЯМ СО СКОРОСТЯМИ ДО 9600 бит/с
Для устранения влияния помех, действующих одновременно на
обе жилы физической пары НЧ кабеля, каждая такая пара вклю-
70
чается симметрично, без соединения с землей. Поэтому первое из
основных требований, которые предъявляются к модемам ближней
связи, работающим по принципу передачи постоянным током,—
это гальваническое разделение цепей стыка, имеющих потенциал
земли, и линии связи. Поскольку в рассматриваемом случае
постоянную составляющую сигнала также необходимо передавать,
для гальванического разделения можно преобразовать двоичные
сигналы данных в высокочастотные колебания и использовать
трансформаторы [1.44]. В настоящее время для гальванического
разделения цепей применяют также оптоэлектронные
преобразователи [1.46].
Во всем диапазоне скоростей до 9600 бит/с двухполюсная
передача ведется при напряжении ±360 мВ (см. рис. 7.34, кривая /).
Передатчик имеет низкоомный выход (например, менее 20 Ом),
приемник работает в режиме рассогласования с НЧ кабелем (его
входное сопротивление составляет примерно 200 Ом) [1.46].
Благодаря этому, во-первых, линия связи (физическая пара кабеля)
становится менее подверженной действию высокоомных
источников 'помех, а во-вторых, достигается уменьшение неравномерностей
затухания и ГВЗ (см. том 1, разд. 3.1.2, рис. 3.66 и 3.6).
Кроме этих мер, для повышения качества передачи в модемах
ближней связи применяются компромиссные корректоры,
параметры которых устанавливаются в расчете на линию определенной
длины [7.46]. Критерием указанной установки 'корректора служит
амплитуда сигнала на приеме, т. е. (поскольку напряжение на
передаче задано.) затухание пары жил кабеля.
На рис. 1.35 показаны зависимости степени синхронных
искажений от длины кабеля для случая передачи с варьируемой
скоростью по 'паре жил диаметром 0,8 мм с компромиссным коррек-
з т 30
Рис. 1.1.35. Степень син- § I %
хронных искажений при °:|
дуплеконой передаче по * £ 20
четырехпроводному со- g |
единительному тракту £ £ 10
(диаметр провода физи- £ s
ческой пары 0,8 мм): £
без компромиссного
корректора; с
компромиссным корректором
тором и без него. Пользуясь этими графиками, по заданной
степени сихронных искажений, допустимой в том или ином случае,
можно найти возможную дальность передачи. Для синхронного
режима с применением дополнительного тактового генератора, а
возможно и окремблера, который позволяет передавать любую по-
9600 бит/с 4800 9600 бит/с 2400 бит/с
/
2400 бит/с
200 бит/с
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 км 30
Длина кабеля ■>-
следовательность битов, за основу может быть взята
приблизительно такая дальность, 'при которой степень синхронных
искажений составляет 20%.
Как видно из рис. 1.35, кривые, соответствующие 'Скоростям
передачи не более 2400 бит/с, обрываются при значении длины
кабеля 28 км. При такой длине кабеля пара жил диаметром 0,8 мм
■имеет сопротивление шлейфа постоянному току около 2 кОм. При
указанном выше входном сопротивлении приемника 200 Ом и
напряжении «а передаче ±350 мВ напряжение на приеме для кабеля
такой длины получается приблизительно равным ±30 мВ. Работа
с более низким напряжением на приеме из-за помех в линии
связи недопустима. Так как длина кабеля определяется допустимым
напряжением, то в данном случае говорят о дальности по
напряжению. *
Для дуплексной передачи без специальных дополнительных
устройств необходимы две пары жил, т. е. четырехпроводная
линия. Применяемая аппаратура обычно устроена так, что может
работать также в режимах многопунктовой (с отключением
передатчика) и полудуплексной связи по двухпроводным линиям. Для
таких режимов раббты нужны все цепи стыка с ООД, которые были
показаны на рис. 1.33. Короткая задержка между сменой
состояний в цепях 105 и 106, необходимая при полудуплексной и
многопунктовой связи, в данном случае может быть уменьшена
примерно до 10 мс или согласована с задержками соответствующих
модемов.
При условии компенсации действия сигнала передающей части
модема на вход его приемной части имеется возможность вести
дуплексную передачу и по двухпроводной линии. Компенсацию
можно осуществить путем включения сопротивления, эквивалент-
Установка 1
Пара жил
кабеля
Установка 2
Рис. 1.36. Мостовая
схема для двухпроводной
дуплексной передачи
постоя иным током с
применением модемов
ближней связи:
Прд1, Прд2 — передатчики;
Прм1, Прм2 — приемники;
R — сопротивление; N —
сопротивление, эквивалентное
входному; Z — входное
сопротивление кабеля
ного входному сопротивлению используемой пары жил, в ветвь
мостовой цепи (рис. 1.36). Эти сопротивления в обеих показанных
на рис. 1.36 оконечных установках должны быть сбалансированы.
Однако балансировка сопротивлений требует измерительных ттпи
боров и сопряжена с большими затратами времени Р
Метод, при котором передаваемый сигнал компенсируете* ня
входе приемника во временной области обеспечи«яГ" РУ Ся "а
лее удобную балансировку [1.46]. При^^™комп«= vn"
рощенно иллюстрируется рис. лимпенсации уп-
1.37. На рис. 1.37а
представлена временная диаграмма
подлежащего компенсации
импульса линейного тока
передатчика i„(t) после изменения
•состояния цепи данных в
момент /=0. На рис. 1.376
наглядно показана
аппроксимация этого импульса с помощью
отрезков прямых с разными
начальными значениями (аи
о,2, аз) и наклоном на
различных интервалах оси времени.
Области между прямыми, из
которых складывается
диаграмма аппроксимирующего
сигнала, отмечены разной
штриховкой. Наконец, на рис.
1.37в изображена разность
между аппроксимирующим током
4(0 и действительным
линейным током /л (t), которая
представляет собой некоторый
остаточный ток M=in(t)—ia{t) на
входе приемника.
При практической
реализации этого метода отрезки
прямых обычно заменяются
отрезками экспоненциальных
функций с различными
коэффициентами затухания и начальными
значениями, что позволяет,
кроме того, добиться и более
Время
Рис. 1.37. Принцип компенсации
передаваемого сигнала на входе
приемника той же установки:
а) линейный ток передатчика ia{t);
б) сформированный
аппроксимирующий ток in(t); в) разностный ток на
входе приемника &i=?in(t)—ia(t)
точной аппроксимации. Коэффициенты затухания задаются
соответствующими постоянными времени ЯС-звеньев (ifoCi, ..., flnC«)
а начальные значения экспонент — коэффициентами усиления
операционных усилителей, устанавливаемыми с помощью переменных
сопротивлений (Л, ..., Рп) (рис. 1.38). Кроме того, на рис. 1.38 по-
спр РегУлятоР ро, предназначенный для компенсации постоянной
вставляющей, которая может присутствовать в сигнале.
73
Временная диаграмма разности между действительным
линейным током и его имитацией, которая получается на входе
приемника с помощью такого рода компенсационной схемы, приведена
на рис. 1.39. На рисунке указаны интервалы времени I IV
(отвечающие интервалам хп—tn_i на рис. 1.37), в каждом из
которых основную роль при формировании суммарного сигнала иг-
Пара жил
кабеля
<=^г—
Рис. 1.38. Схема для компенсации во временной
области:
Прд — передатчик; гл(0 —линейный ток; Прм
—приемник; га(2) —сформированный ток
Время -
® Светодиоды
Рис. 1.39. Временная диаграмма разности между линейным током и
сформированным аппроксимирующим током hi=i„—£а иа входе приемника
рает соответствующее #С-звено. Разностный ток измеряют только
в эти интервалы времени и сравнивают его с тем пороговым
значением (±Aimax на рис. 1.39), ниже которого должен лежать
скомпенсированный сигнал передатчика на входе приемника. Это
пороговое значение разностного тока должно быть выбрано таким,
чтобы оно достаточно сильно отличалось от минимального
значения тока сигнала на приеме. Для индикации превышения порога
74
можно использовать светодиоды, как это символически показано
на рис. 1-39. В интервале времени III разностный ток превышает
-4-Aimax- Ток на выходе RC-звена, которое играет основную роль в
этом интервале, необходимо подстроить с помощью
соответствующего переменного сопротивления; кроме того, остальные
переменные сопротивления нужно также отрегулировать заново, так как
составляющие общего тока, создаваемые отдельными звеньями в
разные отрезки времени, частично зависят друг от друга.
Результаты применения такого рода компенсационной схемы
при дуплексной передаче по двухпроводной линии видны из
графиков, приведенных на рис. 1.40. По сравнению с дуплексной пе-
Длина кабеля .—э»-
Рис. 1.40. Степень синхронных искажений при дуплексной передаче по
двухпроводному соединительному тракту. Диаметр провода пары 0,8 мм
редачей по четырехпроводной линии (см. рис. 1.35) степень
синхронных искажений при заданной длине кабеля и скорости в
данном случае из-за неполной компенсации выше. Относительно
характеристик синхронной передачи и дальности связи по
напряжению справедливы такие же условия, как и при передаче по
четырехпроводной линии (см. с. 71).
1.3.1.2. МОДЕМ ДЛЯ РАБОТЫ ПО НИЗКОЧАСТОТНЫМ КАБЕЛЯМ
СО СКОРОСТЯМИ БОЛЕЕ 9600 бит/с
При скоростях более 9600 бит/с передача с варьируемой
скоростью едва ли необходима. Поэтому в данном случае применимы
все методы, перечисленные в разд. 4.2 первого тома. Необходимо
обращать особое внимание на то, чтобы при передаче данных не
создавались переходные помехи для систем связи, использующих
соседние жилы кабеля (см. том 1, табл. 3.4). Поскольку в
настоящее время высокие скорости модуляции применяются
сравнительно редко, в качестве примера укажем лишь, что в случае
использования псевдотроичного метода при напряжении 6 В дальность
передачи со скоростью 48 кбит/с по кабелю с диаметром жил
0,6 мм составляет около 12 км.
75
1.3.2. МОДЕМЫ ДЛЯ КАНАЛОВ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ
Модемы, предназначенные для коммутируемых телефонных
сетей (см. разд. 1.2), разумеется, пригодны и для передачи по
некоммутируемым каналам ТЧ. Однако по некоммутируемым
каналам дуплексная передача возможна, даже если передаваемые в
одном направлении сигналы занимают всю полосу частот канала
ТЧ, так как в данном случае можно использовать четырехпровод-
ные линии. Кроме того, в некоммутируемых каналах могут быть
отключены эхозаградители (см. том 1, разд. 3.2.2.5). Такие каналы
позволяют организовать соединительные тракты особого качества,
характеристики которых соответствуют Рекомендации МККТТ
М.1020 {ранее М.102, см. том 1, разд. 3.2). Некоммутируемые
каналы особенно хорошо поддаются точной коррекции с помощью
специальных мер, применяемых в аппаратуре передачи данных.
Поэтому скорость передачи по ним может быть выше, чем по
соединительным трактам коммутируемых сетей, тем более что в
данном случае помехи, вызываемые прерываниями шлейфового тока,
отсутствуют и достигается лучшее отношение сигнал/шум.
В данном разделе до сих пор говорилось только о модемах,
используемых для передачи со скоростями более 2400 бит/с. Такая
передача требует применения многопозиционных сигналов и
поэтому должна быть синхронной.
На модемы для передачи со скоростью 2400 бит/с по
некоммутируемым каналам распространяется Рекомендация МККТТ V.26
[1.5]. Согласно этой Рекомендации наряду с вариантом
кодирования В на будущее предусматривается и вариант А, который в
формулировку Рекомендации V.26 бис [1.6] (для модемов
коммутируемых каналов со скоростью 2400 бит/с), вступившей в силу с
конца 1976 г., уже не входит (см. разд. 1.2.1.3). В остальном
Рекомендация V.26 лишь незначительно отличается от
соответствующей Рекомендации для модемов, применяемых в коммутируемых
телефонных сетях*.
1.3.2.1. МОДЕМЫ НА 4800 бит/с
Рекомендациями МККТТ предусмотрены два модема, которые
обеспечивают передачу со скоростью 4800 бит/с по четырехпровод-
ным трактам в дуплексном режиме, а также передачу по двух- или
четырехпроводным трактам в полудуплексном режиме и много-
пунктовую связь. При использовании обоих модемов одновременно
с каналом передачи данных может быть организован
вспомогательный канал на 75 бит/с (см. разд. 1.2.1.1).
* Относительно Рекомендаций серии V см. также {24*, 31*. 35*]. (Прим.
ред.)
ПС
Указанные модемы отличаются друг от друга в основном
методами коррекции. В модеме, отвечающем Рекомендации МККТТ
V.27 [1.7], предусмотрен корректор с ручной настройкой, а в
модеме по Рекомендации V.27 бис — адаптивный корректор. Поскольку
по своим остальным свойствам эти модемы весьма сходны между
собой, рассмотрим их совместно, останавливаясь при
необходимости на различиях. Модем с адаптивным корректором,
соответствующий Рекомендации V.27 бис, впрочем, практически совпадает
с аналогичным модемом для коммутируемых телефонных сетей,
установленным Рекомендацией V.27 (см. разд. 1.2.1.4).
Метод передачи. В качестве метода передачи для обоих
модемов на 4800 бит/с предусмотрена восьмипозиционная фазоразност-
ная модуляция (см. том 1, разд. 4.3.3). При этом передаваемые
биты объединяются в группы по три бита (трибиты), которым
ставятся в соответствие восемь возможных значений разности фаз
согласно табл. 1.8 [1.7]. Как в модеме для коммутируемых телефон-
Таблица 1.8
Соответствие между трибитами и разностями фаз сигнала
согласно Рекомендациям МККТТ V.27 м V.27 бис
Трибит
001
000
010
011
Разность фаз, град
0
45
90
135
Трибит
111
ПО
100
101
Разность фаз, град
180
— 135
—90
—45
ных сетей, так и в модеме с адаптивным корректором,
предусмотрена возможность переключения на 2400 бит/с (см. разд. 1.2.1.4).
Несущая частота составляет 1800+1 Гц. Так же, как и в
коммутируемых трактах, следует считаться с возможностью
дополнительного сдвига частоты на входе приемника до ±6 Гц.
Принцип построения. В обоих рассматриваемых модемах можно
использовать такие же модуляторы и демодуляторы, какие были
описаны в разд. 1.2.1.3, с той лишь разницей, что четырехпозици-
онная ФРМ заменяется восьмипозиционной.
Пример корректора с ручной настройкой для модема,
отвечающего Рекомендации МККТТ V.27, был рассмотрен в разд. 5.3.1.2
первого тома, а адаптивный корректор для модема,
соответствующего Рекомендации V.27 бис, описан выше в разд. 1.2.1.4. Как и в
модеме для коммутируемых телефонных сетей (см. разд. 1.2.1.4),
в последнем модеме перед началом передачи данных проводится
стартовая процедура. Модемы имеют стык, соответствующий рис.
1.33. Его электрические характеристики рассмотрены в разд. 1.1.4.
77
В обоих модемах наряду с длительной задержкой между
изменениями состояний цепей стыка 105 и 106, достигающей
приблизительно 1 с, для полудуплексной и многопунктовой передачи
предусмотрены и короткие задержки. Они создаются с помощью
стартовых сигналов, обеспечивающих быструю установку фазы тактов,
а также (в модемах с адаптивными корректорами) настройку
корректора. Время задержки в соответствии с длительностью
стартовой процедуры составляет для модемов, отвечающих
Рекомендации V.27, по выбору 20±3 мс или 50+20 мс, а для модемов,
отвечающих Рекомендации V.27 бис, — 50 мс.
Для того чтобы на приеме можно было восстанавливать фазу
тактов и несущей, а в модемах с адаптивными корректорами
обеспечивать наиболее благоприятную их настройку независимо от
вида подлежащейwпередаче последовательности битов, данные
подвергают скремблированию [1.7].
Влияние помех. Так как относительно коэффициента ошибок
при передаче по некоммутируемым каналам со скоростью
4800 бит/с имеется мало сведений, укажем здесь лишь отношение
сигнал/шум в цепи прямого соединения приемника с передатчиком
при работе с искусственным источником белого шума в полосе
частот от 300 до 3400 Гц. При вероятности ошибок по битам Ю-5
оно составляет около 17 дБ. В цепи прямого соединения
допускается фазовое дрожание (см. том 1, разд. 3.2.2.6) примерно до 25°;
при превышении этого значения также появляются ошибки.
1.3.2.2. МОДЕМ НА 9600 бит/с
Для модемов на 9600 бит/с речь может идти только о таких
методах модуляции, которые даже без перехода к многопозиционным
сигналам обеспечивают наиболее высокую удельную скорость
передачи. Как показано в томе 1 (см. разд. 4.3), этому требованию
удовлетворяют амплитудная модуляция с одной боковой полосой
(AM ОБП) и с частично подавленной одной боковой полосой (AM
ЧПБП), а также квадратурная амплитудная модуляция (КАМ).
Амплитудная модуляция с одной боковой полосой при
использовании парциально кодированных импульсов класса 4 позволяет
достичь наибольшей возможной удельной скорости передачи
двоичными сигналами, а именно 2 бит-с_1/Гц (см. том 1, рис. 4.34в)*,
остальные методы — несколько меньшей. Для передачи со
скоростью 9600 бит/с по каналу ТЧ удельная скорость передачи
должна составлять около 4 бит/с в расчете на 1 Гц имеющейся в
распоряжении полезной полосы частот (2800 Гц).
* Как уже упоминалось в томе I и показано в ([32*], нет оснований
указанное значение (так называемый предел Найквиста) считать абсолютным
пределом удельной скорости передачи при двухпозиционной модуляции. (Прим. ред.)
78
Удельная скорость передачи не является, однако, единственным
условием, которое следует принимать во внимание при выборе
метода передачи со скоростью 9600 бит/с. В случае столь высокой
скорости подразумевается, что применяются адаптивные
корректоры, достаточно точно компенсирующие линейные искажения
сигналов в канале связи, и следовательно, специально учитывать
влияние канала нет необходимости. С помощью таких корректоров
можно регулировать и фазу опорного сигнала (см. том 1, разд.
4.4.2), однако удовлетворительно отслеживать быстрое фазовое
дрожание в канале связи и выравнивать нелинейные искажения,
которые играют существенную роль при передаче с высокой
удельной скоростью, не удается. В связи с этим в Рекомендации V.29
МККТТ предусмотрен модем на 9600 бит/с, работающий с КАМ,
поскольку этот метод модуляции менее чувствителен к
погрешностям в фазе несущей (см. том 1, разд. 4.4.2) по сравнению с AM
ОБП и AM ЧПБП. Вместе с тем следует отметить, что большие
значения фазового дрожания характерны лишь для небольшого
числа соединительных трактов (например, при использовании
старых ВЧ систем, см. том 1, разд. 3.2.2.6), поэтому на практике
нередко пригодны и такие модемы, в которых реализуются
последние два метода [1.47].
Методы передачи. Диаграмма сигналов для описанного в
Рекомендации V.29 метода передачи со скоростью 9600 бит/с и
возможностью переключения на скорости 7200 и 4800 бит/с изображена
на рис. 1.41. На диаграмме показано соответствие между
мгновенными значениями параметров сигналов и четырехэлементными
'90°
Рис. 1.41. Диаграмма сигналов для различных скоростей передачи модема на
S600 бит/с
79
комбинациями битов*. В рассматриваемом модеме предусмотрен и
многоканальный режим. Вместо передачи четырех объединенных
битов можно вести двоичную передачу по четырем каналам с
меньшей скоростью: 9600 бит/с: 4=2400 бит/с. Возможны и
другие комбинации скоростей 2400, 4800 и 7200 бит/с, дающие в
сумме 9600 бит/с. Несущая частота составляет 1700 Гц. Как и в
коммутируемых трактах, необходимо учитывать возможность
дополнительного сдвига частоты до ±6 Гц на входе приемника.
Принцип построения. Модулятор, демодулятор и адаптивный
корректор, применяемые при квадратурной амплитудной
модуляции, были описаны в разд. 1.2.1.3 и 1.2.1.4. Стык модема совпадает
с изображенным на рис. 1.33. При многоканальной передаче он
должен содержать соответственно большее число цепей. Передача
со скоростью 9600 бит/с, как и при использовании
соответствующих модемов на 4800 бит/с (см. разд. 1.2.1.4 и 1.3.2.1), требует
особой стартовой процедуры, необходимой для настройки
сначала фазы несущей и тактов, а затем адаптивного корректора. В
расчете на особо неблагоприятные характеристики канала связи
адаптивный корректор первоначально настраивается при самой
низкой скорости передачи. Длительность стартовой процедуры
согласно Рекомендации МККТТ V.29 составляет около 150 мс.
Как и в модеме на 4800 бит/с, данные скремблируются с целью
надежного восстановления фазы тактов и несущей на приеме
независимо от вида подлежащей передаче последовательности
данных.
Влияние помех. По сведениям, приводившимся при обсуждении
этого вопроса в МККТТ, при действии помех типа белого шума (с
полосой частот 3100 Гц) вероятность ошибки не превышает Ю-5,
если обеспечено отношение сигнал/шум не менее 25 дБ. При
работе в условиях прямого соединения приемника с передатчиком
фазовое дрожание примерно до 25е не вызывает ошибок.
1.3.3. МОДЕМЫ ДЛЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ КАНАЛОВ
Для синхронной передачи по соединительным трактам,
использующим первичные группы каналов (см. том 1, разд. 3.2.3),
Рекомендацией МККТТ V.36 установлен метод, который допускает
скорости 48, 56, 64 или 72 кбит/с. В основе метода лежит двухпози-
ционная амплитудная модуляция с одной боковой полосой.
Благодаря применению импульсов специальной формы — парциально
кодированных импульсов класса 4 (см. том 1, разд. 4.1.5) дости-
* На диаграмме показаны характеристические значения амплитуд и фаз
сигналов квадратурной амплитудной модуляции (см. том 1, разд. 4.3.1.3),
применяемой в рассматриваемом случае. Этот вид модуляции по существу
представляет собой сочетание AM и ФМ, в связи с чем его иногда называют
амплитудно-фазовой модуляцией, АФМ {34*, 35*]. (Прим. ред.)
80
гается удельная скорость передачи 2 бйт-с-'/Гц. Несущая частота
составляет 100 кГц+1 Гц. Таким образом, для передачи с макси-
мальной скоростью 72 кбит/с требуется поХрса частот от 64 до
100 кГц. Хотя Рекомендацией МККТТ Н.14\ предусмотрена
коррекция фильтров каналов первичных групп лишь в полосе частот
от 68 до 100 кГц (см. том 1, разд. 3.2.3.1), в -действительности
можно исходить из того, что ГВЗ соединительного тракта, в
котором используются первичные группы каналов, в полосе частот от
64 до 68 кГц растет не настолько сильно, чтобы
воспрепятствовать передаче со скоростью 72 кбит/с.
Принципы модуляции и демодуляции были рассмотрены в
томе 1, разд. 4.1.5. Говорилось уже и о необходимости весьма
точного восстановления на приеме несущей, а также об обеспечении
соответствия между фазами тактов и несущей (см. том 1, разд.
4.4.2). При использовании парциально кодированных импульсов
можно реализовать такую регулировку фаз тактов и несущей,
которая обеспечит компенсацию фазового дрожания, имеющегося в
канале связи [1.50]. Чтобы в условиях действия помех типа белого
шума с полосой частот от 68 до 100 кГц вероятность ошибок не
превышала 10~7, отношение сигнал/шум (для уже реализованных
в настоящее время устройств) должно быть не менее 20 дБ. При
наличии фазового дрожания несущей 10°, которое имеет частоту
до 100 Гц, указанное отношение сигнал/шум повышается на 0,5 дБ
[1-46].
Стык модема соответствует рис. 1.33. Электрические
характеристики установлены Рекомендациями МККТТ V.10 и V.11 (см.
разд. 1.1.4).
Наряду с описанным модемом, предусмотренным
Рекомендацией МККТТ Y.36 и работающим с применением парциального
кодирования и амплитудной модуляции с одной боковой полосой,
имеется еще такой модем, который согласно Рекомендации МККТТ
V.35 обеспечивает (с некоторыми ограничениями) передачу с
варьируемой скоростью или синхронную передачу со скоростью
48 кбит/с [1.8]. Он работает с применением амплитудной
модуляции с частично подавленной одной боковой полосой на несущей
частоте 100 кГц. Этот модем, стык которого с АПД по своим
электрическим характеристикам несколько отклоняется от
установленных в последнее время стандартов (см. разд. 1.1.4, табл. 1.2), не
получил большого распространения.
1.4. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ,
ПРИМЕНЯЕМАЯ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
В сетях передачи данных как коммутируемых (см. разд. 3.3 и
3.4), так и некоммутируемых (см. разд. 3.5), АПД выполняет две
задачи: во-первых, обеспечивает передачу данных по абонентским
81
линиям (рис. 1.42, 4) между оконечными установками и узлами
сети (на рис. 1.42 —мультиплексорами, концентраторами или
коммутаторами), а также по соединительным линиям (рис. 1.42, 7)
между узлами сети; во-вторых, объединяет несколько каналов дан-
1 Оконечные
2 установки
передачи
3 данных
7| 17
к другим коммутационным узлам
Рис. '1.42. Принцип построения коммутируемой сети передачи данных:
но7лен^1Тея^бм°0Р„У^,ОВ^ННе дшшых; I~ с™к между аппаратурой передачи данных, уста-
вызывные /nurtn™"/' и °конечнЬ1<* оборудованием данных; 3-приборы подключения или
нительны/лРинииР- i 4-а6онентские линии; 5 - мультиплексор; б - концентратор; 7 -
соединительные линии; 8 — коммутационный узел
ных для передачи их сигналов по одному каналу связи (рис.
1.42,5).
Скорости передачи по каналам данных определяются классами
обслуживания абонентов, установленными для сетей передачи
данных Рекомендацией МККТТ Х.1 [1.48]: для 00Д, работающих в
стартстопном режиме, предусмотрены скорости от 50 до 300 бит/с,
в синхронном режиме — 0,6; 2,4; 4,8; 9,6 и 48 кбит/с и в пакетном
режиме —2,4; 4,8; 9,6; и 48 кбит/с (см. разд. 3.2.1)'. Согласно
Рекомендациям Х.1 и Х.2 [1.49]* каналы данных должны
обеспечивать возможность при скоростях до 300 бит/с передавать
апериодические последовательности стартстопных знаков, а свыше
300 бит/с — изохронные сигналы данных в виде произвольных
последовательностей битов; кроме того, по всем соединительным
трактам сети передачи данных должна быть возможна дуплекс-
1 Требования к АПД для классов обслуживания, охватывающих ООД с
пакетным режимом, и классов, охватывающих ООД с синхронным режимом,
одинаковы. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только АПД для
стартстопных и синхронных классов.
* Относительно Рекомендаций серии X см. также {14*, 21*]. (Прим. ред.)
82
ная работа, т. е. одновременная передача в х?боих направлениях
(см. разд. 3.2). \
Раздел 1.4.1 посвящен аппаратуре передачи данных по
абонентским линиям. Устанавливаемая у абонентов разнойидность АПД —
приборы подключения (ПП) или вызывные приборы (ВП) (см.
рис. L42, 3) — рассматривается в разд. 2.2 в связи с обсуждением
вопросов коммутации, а ее стыки с ООД уже описаны в разд.
1.1.3. Оборудование для многоканальной передачи данных по
соединительным линиям (системы частотного и временного
разделения) описано в разд. 1.4.2. В связи с этим рассматривается также
аппаратура для передачи потока битов в системах временного
разделения каналов (разд. 1.4.2.4).
1.4.1. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО АБОНЕНТСКИМ ЛИНИЯМ
Для подключения к сети передачи данных оконечных
установок, относящихся к стартстопным и синхронным классам
обслуживания при скоростях до 9600 бит/с (см. разд. 1.4.1.1, 1.4.1.2) могут
использоваться в качестве каналов ближней связи низкочастотные
кабели, а в качестве каналов дальней связи — каналы ТЧ и пупи-
низированные кабели (см. том 1, разд. 3)*.
Однако даже при подключении установок удаленных
абонентов требования к АПД не такие высокие, как требования к
модемам (см. разд. 1.2 и 1.3), поскольку необходимо перекрыть лишь
расстояние до ближайшего узла коммутации или пункта, где
установлено многоканальное оборудование. Как показано ранее, при
этом можно рассчитывать на то, что высокочастотный тракт
содержит не более двух участков переприема (см. том 1, разд. 3.2),
а длина пупинизированного кабеля не превосходит 50 км (см. том
1, разд. 3.1.3).
Для подключения оконечных установок, относящихся к
синхронному классу обслуживания со скоростью 48 кбит/с (см. разд.
1.4.1.3), используются НЧ кабели и первичные группы каналов (см.
том 1, разд. 3).
1.4.1.1. ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ СТАРТСТОПНЫХ ОКОНЕЧНЫХ УСТАНОВОК
Подключение к сети оконечного оборудования данных,
работающего в стартстопном режиме со скоростями от 50 до 300 бит/с,
установленными Рекомендацией МККТТ Х.1 [1.48], требует
организации передачи, допускающей варьирование скорости в
указанных пределах («прозрачной» к скорости).
При низких скоростях (менее 100 бит/с) может применяться
Как уже было отмечено в томе I, используемая в книге классификация
каналов связи отличается от принятой в СССР. (Прим. ред.)
однополюсная или двухполюсная передача с высоким уровнем (с
напряжением 120 или ±60 В). Такого рода «прямой» способ
передачи по абонентским линиям использовался и ранее, прежде всего
в сети Телекс, поскольку позволяет устанавливать у абонентов
приемные устройства (реле) без собственных источников питания.
Однако для организации требуемого в сетях передачи данных
дуплексного режима в этом случае необходима четырехпроводная
линия. Кроме того, при этом обязательно гальваническое
разделение абонентской линии и цепей стыка коммутационного или кана-
лообразующего оборудования (см. разд. 1.3.1.1); в настоящее
время для этой цели применяют оптоэлектронные элементы.
Для осуществления передачи со скоростями выше 100 бит/с
во избежание недопустимо больших переходных помех от соседних
жил кабеля требуется специальный подбор формы импульсов (см.
выше разд. 1.3.1, а также том 1, разд. 3.1.4). Используя методы,
описанные в разд. 1.3.1.1 применительно к модемам, работающим
по принципу двухполюсной передачи, и соблюдая определенные
требования к напряжению помех, можно организовать дуплексную
работу по двухпроводной линии. Достижимая при этом дальность
связи указана в разд. 1.3.1.1 (рис. 1.35 и 1.40).
Известен метод, который реализуется с меньшими затратами и
с недавнего времени применяется в сети Почтового ведомства
ФРГ для подключения абонентов сети Телекс [1.51, 1.52]. По
этому методу для получения двух необходимых при дуплексном
режиме каналов используется частотная модуляция в двух
отдельных полосах частот. Первый канал имеет среднюю частоту 600 Гц
и девиацию частоты ±100 Гц, второй соответственно 2700 и
±350 Гц. Эти величины установлены в расчете на возможно более
низкие требования к фильтрам и демодуляторам. В этом случае
годится, например, дискриминатор переходов через нуль,
описанный в разд. 1.2.1.2.
Данный частотный метод позволяет вести передачу как по НЧ
кабелям, которые тоже допускают гальваническое разделение, так
и по каналам ТЧ. Он требует лишь двухпроводного канала связи
и имеет еще одно техническое преимущество: если случайно
отдельные жилы кабеля поменяются местами, это не повлияет на
передачу.
Описанный метод при использовании, например, кабеля с
диаметром жил 0,8 мм без коррекции обеспечивает дальность связи
до 20 км, а при использовании пупинизированного кабеля в
зависимости от индуктивностей катушек примерно до 150 км. Без
существенного увеличения телеграфных искажений можно также
вести передачу по абонентским линиям дальней связи, включающим
в себя два упомянутых участка ВЧ тракта.
Необходимо отметить, что и описанные в разд. 1.2.1.1
упрощенные типы модемов также пригодны для абонентских линий.
84
14 1.2. ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ОКОНЕЧНЫХ УСТАНОВО,к\
' " ' * РАБОТАЮЩИХ В СИНХРОННОМ РЕЖИМЕ СО СКОРОСТЯМИ ДО 9600 бит/с
\
\
В линиях подключения оконечных установок, относящихся к
синхронным классам обслуживания, предусмотренным
Рекомендацией МККТТ Х.1 [1.48], в тех случаях, когда в вызывном
приборе, приборе подключения или возможно уже в ООД (в
последующий момент времени) производится формирование групп битов,
необходимы более высокие скорости передачи по сравнению со
стандартными скоростями данных классов (см. также разд. 3.3.1.6,
3.3.2.5). Каждая такая группа чаще всего включает в себя шесть
или восемь информационных и два дополнительных бита. В случае
использования групп по 6+2 бита скорость повышается по
сравнению со стандартной в 8/6, а в случае 8+2 бита — в Ю/8 раз.
Получающиеся при этом скорости приведены в табл. 1.9.
Таблица 1.9
Скорости передачи по абонентским линиям (для синхронного
оконечного оборудования)
Скорость, соответствующая
классу обслуживания
абонентов, бит/с
600
2400
4800
9600
Скорость передачи, бит/с
при группах по (6+2) битов
800
3200
6400
12800
при группах по (8+2) битов
750
3000
6000
12000
Для анализа методов передачи важно знать соответствующие
наивысшие скорости. Поэтому в дальнейшем для упрощения
рассматриваются только скорости передачи при наличии групп по
6+2 бита. При подключении как близко расположенных
оконечных установок, когда используется НЧ кабель, так и удаленных
установок, когда используются каналы ТЧ, в общем случае
необходим четырехпроводный канал. На исключениях из этого правила
остановимся особо.
Для абонентских линий ближней связи, в качестве которых
используются низкочастотные кабели и которые предназначены для
передачи со скоростями до 12 800 бит/с, пригодны практически все
методы передачи, описанные в разд. 4.2 тома 1. В «прозрачных» к
скорости сетях передачи данных можно применять только метод
Двухполюсного телеграфирования, рассмотренный в разд. 1.3.1.1
при описании модемов ближней связи.
Особенно благоприятным оказывается псевдотроичный метод,
упоминавшийся в разд. 1.3.1. Как уже говорилось, при заданном
85
допустимом напряжении помех для соседних телефонных каналов
(см. рис. 1.34) он обеспечивает максимальное напряжение
передачи. Измерения, проведенные в сети Почтового ведомства ФРГ,
подтверждают, что в рассматриваемом случае этот метод наиболее
пригоден [1.42, 1.52, 1.53]. Кроме всего прочего, он обеспечивает
передачу по гальванически разделенным парам жил и дает
важную в техническом отношении возможность менять местами
отдельные жилы физической пары.
При использовании как псевдотроичного, так и других методов
для достижения наибольшей дальности передачи необходимо
устранить неравномерности затухания и ГВЗ, обусловленные
фильтрацией нижних частот в линии связи (см. том 1, разд. 3.1.1). Это
удается осуществить с помощью корректора с простой настройкой,
при которой изменяются практически только сопротивления.
Настройку корректора можно сделать и автоматической. При
этом используется тот факт, что у нескольких линий разной
длины и с различным диаметром провода характеристики затухания
весьма сходны, если рассматриваемые линии имеют одинаковое
затухание на заданной частоте. Соответствующий пример
приведен на рис. 1.48. Легко заметить, в частности, что у двух провод-
*— 0,8 мм
I | I I
О Ю 20 30 40 кГц 50
Частота —=»-
Рис. 1.43. Характеристика затухания пары жил низкочастотного кабеля. Длина
кабеля выбрана таким образом, что для пар с различными диаметрами
провода при определенной частоте получается одинаковое затухание
ных пар, одна из которых имеет затухание 23 дБ на частоте 10 кГц,
а другая 12 дБ на частоте 15 кГц, характеристики затухания на
всех частотах различаются незначительно. Таким образом, крите-
рием настройки корректора может служить затухание линии или
амплитуда сигнала на приеме при заданном напряжении на
передаче. Последняя величина в случае использования
псевдотроичного метода передачи так и так, независимо от задач коррекции,
должна измеряться для получения отсчета принятого сигнала по
методу сравнения с двумя
ПОРОГОВЫМИ УРОВНЯМИ., -_■- -г-~г-.-т?-_т-- —-'- •?
Корректор можно настра-j
ивать на различные ти-|
пичные характеристики!,
затухания с помощью!
электрически управляемо- i
го сопротивления (напри-|
мер, полевого транзисто-;
ра) в высокочастотном I
фильтре. Результаты кор-'
рекции хорошо видны из
глазковой диаграммы,
приведенной на рис. 1.44. ,
Для того чтобы обес- '■
печить на приеме
восстановление тактов и
достаточно точное измерение
амплитуды сигнала при
произвольном виде
передаваемой двоичной последовательности,
БрвУ*
Рис. 1.44. Глазковая диаграмма при передаче
псевдотроичных сигналов до (с) и после (б)
коррекции. Скорость передачи 3,2 кбит/с,
длина кабеля 27 км, диаметр провода 0,6 мм
а также избежать
тактового дрожания и появления в спектрах сигналов отдельных линий
в случае периодических последовательностей, данные необходимо
скремблировать. Достигаемая при таком методе дальность
передачи указана в табл. 1.10.
Таблица 1.10
Дальность передачи, км, при использовании псевдотроичного метода
и максимального напряжения передачи в пределах от 1 до 2 В
Диаметр провода физической
пары кабеля, мм
0,4
0.6
0,8
Скорость передачи, кбит/с
0,8 1 3,2 I 6.4
22
35
49
20
31
44
15
24
35
12,8
12
18
25
На абонентских линиях большой протяженности в зависимости
от скорости применяются различные методы передачи. Передача
со скоростью 800 бит/с может быть организована по одному из
двух следующих вариантов. Согласно первому варианту передача
87
осуществляется по четырехпроводному соединительному тракту с
помощью двоичной частотной модуляции, как это предусмотрено
Рекомендацией МККТТ V.23 для модемов на 1200 бит/с (см. разд.
1.2.1.2). Требования к фильтрам в этом случае невысоки и можно
использовать простые, не требующие больших затрат
демодуляторы, например, дискриминаторы переходов через нуль (см. разд.
1.2.1.2, рис. 1.20). Второй вариант предполагает применение
двоичной частотной модуляции в двух каналах с отдельными полосами
частот (как в системах, описанных в разд. 1.4.1.1), что позволяет
вести передачу по двухпроводному тракту.
Передача со скоростью 3200 бит/с на дальнее расстояние
может осуществляться с отклонением от Рекомендаций МККТТ V.26
и V.26 бис по методу четырехпозиционной фазоразностной
модуляции (4-ФРМ) с вариантом кодирования В (см. разд. 1.2.1.3).
Вследствие более высокой, чем у модема на 2400 бит/с, скорости
передачи на приеме имеет место более сильное искажение
спектра передаваемого сигнала. Поэтому при периодической
последовательности данных может оказаться, что передаются не все
спектральные линии, необходимые для восстановления тактов. Чтобы
обеспечить восстановление тактов независимо от вида
передаваемой последовательности, ее подвергают скремблированию.
Для передачи со скоростью 3200 бит/с по высокочастотному
тракту, содержащему не более двух участков, или пупинизирован-
ному кабелю длиной не более 50 км достаточно простого
компромиссного корректора. При более высоких требованиях необходим
корректор со ступенчатой настройкой, которая осуществляется
путем переключения отдельных корректирующих звеньев перед
началом работы.
Рассмотренная АПД со скоростью передачи 3200 бит/с может
быть переключена и на скорость 2400 бит/с, которая нужна в
многоканальных системах (см. разд. 1.4.2.3). Осуществляется это
несложно: достаточно произвести соответствующие переключения в
тактовом генераторе и формирователе импульсов. Кроме того, эта
АПД благодаря применению четырехпозиционной ФРМ дает
простую возможность перейти на двухпозиционную ФРМ и тем самым
вдвое уменьшить скорость передачи. Таким образом, передача по
некоммутируемым абонентским линиям может осуществляться
также со скоростью 1200 бит/с.
Для передачи на дальнее расстояние со скоростью 6400 бит/с
применим метод, установленный Рекомендацией МККТТ V.27 для
модемов на 4800 бит/с — восьмипозиционная фазоразностная
модуляция. Возможен и метод КАМ, применяемый в модемах на
9600 бит/с при переключении на 7200 бит/с (см. разд. 1.3.2.3, рис.
1.41).
При передаче со скоростью 6400 бит/с необходим адаптивный
корректор. Корректор с ручной настройкой, предусмотренный
Реев
комендацией МККТТ V.27, из-за его высокой чувствительности к
линейным искажениям в данном случае уже не годится.
При реализации аппаратуры для передачи со скоростью
12 800 бит/с на дальнее расстояние можно было бы взять за
основу многопозиционный метод, применяемый в модемах на
9600 бит/с с адаптивными корректорами (см. разд. 1.3.2.3). Чтобы
обеспечить более высокую удельную скорость передачи,
соответствующую 12 800 бит/с, потребовалось бы еще большее число
позиций сигнала, чем в модеме на 9600 бит/с. Однако
помехоустойчивость при этом получается такой, что на сохранение вероятности
ошибки в пределах, допускаемых для сетей передачи данных,
рассчитывать не приходится. Кроме того, реализация подобной АПД
потребовала бы еще больших затрат, чем модема на 9600 бит/с.
Можно было бы также разбить поток битов со скоростью
12 800 бит/с на два и передавать их по двум каналам ТЧ с
помощью аппаратуры, рассчитанной на скорость 6400 бит/с.
Наконец, имеется и еще одна возможность — отказаться от
передачи групп битов абоненту, т. е. вести передачу со скоростью
9600 бит/с. При этом с помощью дополнительных устройств
должно осуществляться соответствующее преобразование скоростей.
Кроме того, необходимо передать содержащуюся в группах битов
информацию, касающуюся перехода от фазы установления
соединения к фазе передачи данных и от нее к фазе разъединения
соединения (см. разд. 3.3.1.6).
1.4.1.3. ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ОКОНЕЧНЫХ УСТАНОВОК,
РАБОТАЮЩИХ В СИНХРОННОМ РЕЖИМЕ СО СКОРОСТЬЮ 48 кбит/с
В аппаратуре, предназначенной для передачи данных по
абонентским линиям ближней связи, т. е. по НЧ кабелям, можно
применять упомянутый в разд. 1.4.1.2 псевдотроичный метод, который
благодаря образованию групп битов обеспечивает скорость
64 кбит/с. При использовании кабеля с диаметром жил 0,8 мм и
описанного в указанном разделе метода коррекции достигается
дальность передачи около 10 км.
Для связи с удаленными абонентами используются первичные
группы каналов и методы передачи со скоростью 64 кбит/с,
применяемые в модемах для некоммутируемых каналов.
1-4.2. КАНАЛООБРАЗУЮЩАЯ АППАРАТУРА
В этом разделе рассматриваются принципы построения
многоканальных систем (разд. 1.4.2.1). Затем описывается каналообра-
зующая аппаратура, которая может применяться на низшем и
высшем уровнях иерархии в сетях передачи данных, а также в сети
Телекс: аппаратура частотного (разд. 1.4.3.2) и временного (разд.
1.4.2.3) разделения каналов. В заключение.затрагиваются вопросы
передачи многоканальных цифровых сигналов (потоков битов) с
помощью аппаратуры временного разделения (разд. 1.4.2.4).
1.4.2.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ
Возможные способы многоканальной передачи, т. е. способы
объединения многих независимых индивидуальных каналов,
связаны с теми величинами, которыми определяется объем
передаваемой информации (см. том 1, разд. 2.2.1). В течение времени t в
полосе частот В можно передать I=KBtlog2M бит информации, где
М — число используемых значащих позиций сигнала (т. е.
характеристических значений некоторого его параметра — амплитуды,
фазы или частоты). Безразмерный коэффициент К зависит от
метода передачи (см. том 1, рис. 4.54) и далее не рассматривается;
остальные три сомножителя log2.M, В, t, определяющие объем
передаваемой информации, могут быть подразделены по их
значениям и поставлены в соответствие нескольким отдельным каналам,
образующим многоканальную систему связи. Таким образом, в
принципе, возможны многоканальные системы с разделением
каналов по значащим позициям сигналов, частоте и времени (а также
смешанные системы, сочетающие эти способы)*.
Способ разделения каналов по значащим позициям,
названный комбинационным, получил распространение главным образом
в системах, работающих по принципу двойной модуляции с
четырьмя частотами (т. е. М=3) и предназначенных для
организации двух каналов в одном коротковолновом радиоканале (см.
разд. 10.3.1). Возможности увеличения числа каналов в данном
случае весьма ограничены, так как в соответствии с функцией
log2.M число значащих позиций быстро растет: для трех каналов
требуется М=8 позиций, а для четырех — уже 16 позиций.
Поэтому такие многоканальные системы далее не рассматриваются.
В настоящее время многопозиционные сигналы используются
при передаче данных в основном с другой целью: двоичный
сигнал одного источника данных путем образования дибитов
(М=4) или трибитов (М=8) преобразуется в М-позиционный
сигнал для обеспечения более высокой скорости передачи по
каналу с ограниченной полосой частот (см., например, разд. 1.2 и 1.3).
* Приведенные рассуждения указывают лишь на принципиальную
возможность подразделения общего объема передаваемой информации по отдельным
каналам, но ничего не говорят о том, когда в действительности можно
однозначно разделить сигналы отдельных каналов (например, при линейном разделении
необходима их линейная независимость или ортогональность). Кроме того,
такой подход фактически не охватывает важный вид многоканальных систем —
системы с разделением сигналов по форме, в которых сигналы отдельных
каналов передаются в общем временном интервале и одной полосе частот [30*].
(Прим. ред.)
32-j
f*BiH
Частота -
При этом М-позиционный сигнал в соответствии с числом
объединенных в нем битов снова может быть расщеплен на отдельные
независимые каналы (см. разд. 1.3.2.2).
Комбинационное разделение используется лишь в отдельных
типах модемов (см. разд. 1.3.2.2). Основные многоканальные
системы, применяемые в сетях передачи данных, работают по
принципу временного или частотного разделения каналов.
1.4.2.2. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
В настоящее время системы с частотным разделением каналов
(ЧРК) широко используются как в высокочастотных трактах
телефонных сетей (см. том 1, разд. 3.2), так и в телеграфных сетях и
сетях передачи данных. Для организации ЧРК в сетях последних
двух типов полоса частот канала ТЧ (от 0,3 до 3,4 кГц) или
первичных групп каналов (от 60 до 108 кГц) с помощью фильтров
подразделяется на несколько полос В\,..., BN (рис. 1.45), которые
отводятся отдельным
каналам. Чтобы взаимное влия- , в ^
ние каналов было сведено к
минимуму, фильтры,
выделяющие сигналы отдельных
каналов на передаче и на
приеме, должны иметь
достаточно большое затухание Рис. 1.45. Принцип частотного разделения
в полосах частот,
занимаемых другими каналами.
В каждом из таких каналов передача данных осуществляется
почти исключительно с помощью двоичной частотной модуляции
(см. том 1, разд. 4.3.2). Полуразность характеристических частот
(девиация частоты) при этом составляет, как правило, четвертую
часть разности средних частот соседних каналов.
Главное преимущество систем с частотным разделением состоит
в их гибкости с точки зрения возможных режимов работы.
Отдельные каналы могут работать независимо друг от друга. Кроме того,
в каждом канале возможна передача с варьируемой скоростью,
т. е. канал является «прозрачным»: изменения значащих позиций
передаваемого сигнала могут происходить в произвольные
моменты времени с тем лишь условием, чтобы интервалы между ними
были не меньше определенного значения. Правда, передача этих
изменений на выход приемника сопряжена с некоторым
незначительным временным рассеянием — синхронными краевыми
искажениями (см. разд. 5.3.1). Причинами последних являются
остаточные переходные помехи (в телефонии «переходный разговор») от
каналов, занимающих соседние частотные полосы, и (из-за
ограниченной полосы частот) наложение переходного процесса,
вызванного изменением значащей позиции, на последующие изменения
91
сигнала в рассматриваемом канале (межсимвольная
интерференция, см. том 1, разд. 4.1).
Системы с ЧРК, работающие в полосе частот канала ТЧ. В
современных сетях дальней связи, нормируемых на международном
уровне, системы с частотным разделением каналов, занимающие
в целом полосу канала ТЧ (от 0,3 до 3,4 кГц), используются для
телеграфии и передачи данных с низкими скоростями (от 50 до
200 бит/с). Их обычно называют системами тонального
телеграфирования (ТТ) [1.54, 1.55]. Такое название было введено для того,
чтобы подчеркнуть отличие этих систем от применявшихся ранее
систем телеграфирования на постоянном токе.
Основные характеристики систем ТТ с частотной модуляцией,
стандартизированных МККТТ, приведены в табл. 1.11 [1.56—1.58].
Таблица 1.11
Системы тонального телеграфирования с частотной модуляцией
Скорость
передачи,
бит/с
50
100
200
Частотный
интервал
между
каналами, Гц
120
240
480
Девиация
частоты,
Гц
+30
+60
+ 120
Число ка- _
налов в Средняя частота л-го
полосе ТЧ канала. Гц
24
12
6
420+(п—1) 120
480+ (п—1) 240
600+(п—1) 480
Уровень
передачи в канале
по отношению
к 1 мВт в
точке с нулевым
относительным
уровнем, дБмО
—22,5
—19,5
—16,5
Рекомендация
МККГТ
R.35
R.37
R 38A
В одном канале ТЧ могут объединяться не только каналы каждой
из трех указанных систем в отдельности, но и каналы сразу
нескольких из них.
При указанных в табл. 1.11 уровнях передачи в каждом из
каналов уровень мощности полной системы ТТ, занимающей весь
канал ТЧ, получается равным —8,7 дБмО. Однако при расчетах
многоканальных систем за основу берут средний уровень на один
канал в час наибольшей нагрузки, равный только —15 дБмО. Тем
самым предполагается, что в каждой первичной группе каналов
ВЧ тракта занято по одной системе ТТ. В таких странах, как ФРГ,
где имеется плотная сеть Телекс, этого не всегда достаточно.
Поэтому в настоящее время принимается во внимание снижение
уровня передачи в системах ТТ. При снижении уровня на 3 дБ в
каждой первичной группе каналов можно было бы использовать две
системы ТТ (см. также том 1, разд. 3.2.2).
Специальные системы. Наряду с перечисленными выше систе-
м'ами ТТ, для некоторых особых областей применения
разработаны дополнительные устройства и специальные системы ТТ. С
целью лучшего использования особенно дорогих видов телефонных
каналов (например, подводных кабельных линий) для передачи
92
сигналов данных со скоростью 200 бит/с кроме указанной в табл.
1.11 системы ТТ, отвечающей Рекомендации МККТТ R.38A, может
применяться специальная система (Рекомендация МККТТ R.38B),
содержащая при несколько больших допустимых искажениях
восемь каналов, частотный интервал между которыми сокращен до
360 Гц [1.59].
Кроме того, принцип частотного разделения позволяет
использовать некоммутируемый канал ТЧ одновременно для нескольких
целей: область частот, соответствующая этому каналу (0,3—
3,4 кГц) с помощью НЧ и ВЧ фильтров разделяется на две
полосы; нижняя полоса частот (примерно до 2,5 кГц) может быть
отведена для телефонной или факсимильной связи, или для передачи
данных (например, с общей скоростью 1200 бит/с согласно
Рекомендации МККТТ V.23), а верхняя полоса частот (приблизительно
2,7—3,4 кГц) во всех перечисленных случаях служит для
организации одного или нескольких каналов тонального
телеграфирования согласно табл. 1.11, т. е. со скоростями передачи 50, 100 или
200 бит/с, соответствующими Рекомендациям МККТТ R.35 [1.56],
R.37 [1.57] или R.38A [1.58].
В коротковолновых радиоканалах, рассчитанных на передачу
модулированных сигналов с одной боковой полосой, также
применяются системы ТТ, предназначенные для телеграфной связи и
передачи данных. Вследствие меняющихся во времени условий
передачи по таким каналам эти системы имеют некоторые
особенности, которые рассматриваются в разд. 4.3.2.
Принцип разделения каналов по частоте с двоичной частотной
модуляцией в каждом из них применим и в тех случаях, когда
имеется в распоряжении полоса частот более широкая, чем полоса ТЧ.
Так, например, в полосе частот первичных групп каналов (60—
—108 кГц) по этому принципу можно организовать 12 каналов со
скоростью передачи 2400 бит/с или два канала со скоростью
9600 бит/с. Характеристики такой системы частотного разделения
указаны в Рекомендации МККТТ Х.40 [1.60]. Важнейшие из них
приведены в табл. 1.12.
Таблица 1.12
Системы 1с частотным разделением каналов, применяемые в первичных
групповых трактах
Скорость
передачи,
бит/с
" 2400
9600
Частотный
интервал
между
каналами,
кГц
4
24
Девиация
частоты,
кГц
±1
±4
Число
каналов в
каждой
первнчной
группе
12
2
Средняя частота
п-го канала, кГц
106—(и—1) 4
96—(и—1) 24
Уровень передачи в
канале по отношению
к 1 мВт в точке с
нулевым
относительным уровнем, дБмО
-15
—71
1 Если изменения сигнала происходят достаточно часто.
93
I. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
Общие свойства и характеристики. Для многоканальной
передачи данных наряду с рассмотренным выше принципом частотного
разделения представляет интерес и принцип временного
разделения каналов (ВРК). Во-первых, в некоторых случаях системы с
временным разделением каналов обеспечивают лучшее
использование имеющейся полосы частот (т. е. более высокую удельную
скорость передачи) и более эффективное сопряжение с сетью
(особенно синхронной), чем системы с ЧРК (см. разд. 3.3.2).
Во-вторых, системы с ВРК имеют дискретный принцип действия и
потому в настоящее время могут быть реализованы особенно просто и
экономично на цифровых интегральных микросхемах Й наконец
?;Ж°ТаНИе ИХ значения связано с быстрым развитием систем
ИКМ, которые непосредственно пригодны для организации
каналов передачи данных с временным разделением.
В многоканальной системе с ВРК общий поток битов,
передаваемый по линии связи, в следующие друг за другом интервалы
времени периодически ставится в соответствие отдельным
каналам. Период этого процесса, т. е. цикл* системы с ВРК,
схематически изображен на рис. 1.46. Для синхронизации циклов
отводится сравнительно-.небольшая часть общего потока битов; отдельные
. . ЦИКЛ
N Синхр. 1 2 3
-Информ. биты-
. N Синхр. 1 2
Время ^*
Рис. 1.46. Принцип временного разделения
биты этого циклового синхросигнала либо располагаются все
подряд в виде синхронизирующей комбинации (см. рис. 1.46), либо
распределены внутри цикла. После того как таким способом
обозначено начало цикла, информационные биты путем простого их
отсчета можно распределить между отдельными каналами по
одному или по группам.
На рис. 1.47 приведена структурная схема многоканальной
системы с ВРК (для упрощения показано только одно направление
передачи). На передающей стороне сигналы данных в
соответствии с тактовым сигналом ввода поступают на входные блоки
каналов Вх.1, Вх.2,..., Bx.N и хранятся в них до тех пор, пока
мультиплексор не включит каждый из них в общий поток битов на том
В оригинале использован термин «кадр», который в данном случае иногда
применяют по аналогии с телевизионными сигналами. (Прим. ред.)
т
месте цикла (ом. рис. 1.46), которое соответствует номеру канала.
Информация, необходимая для цикловой синхронизации, также
направляется в отведенное ей место в общем потоке битов, например
в виде «сосредоточенной» синхронизирующей комбинации в начале
цикла. Упомянутый поток передается по линии связи на приемную
сторону системы с ВРК с помощью передающего (Прд) и
приемного (Прм) устройств (см. разд. 1.4.2.4) [1.43, 1.52].
Bxl
ч
Вх2
oJ ВхГ*
типлексор
ТЦС
Прд
I
'Такт
— Прм
т
Такт
L_
Передающая часть
системы ВРК
Де-
муль-
тип-
лексор
ТЦС
Вых1
Вых2
Вых N-»o
Дискретный канап
Приемная часть
системы ВРК
Рис. 1.47. Схема системы временного разделения каналов (показаны только
элементы для передачи в одном направлении):
Вх. 1, Вх. 2 Вх. N — входные блокн каналов; Вых. 7, Вых. 2 Вых. N — выходные
блоки каналов; ТЦС — тактовый генератор н устройство для цикловой синхронизации; Прд,
Прм — устройства для передачи и приема общего потока битов
На приемной стороне для выявления цикла с помощью
устройства синхронизации выделяется и затем непрерывно
контролируется синхронизирующая комбинация. Устройство
синхронизации устанавливает демультиплексор в состояние, отвечающее
поступлению синхронизирующей комбинации, так что
информационные биты, соответствующие индивидуальным каналам, в
надлежащие моменты времени считываются и распределяются по
выходным блокам каналов Вых.1,..., Вых.Ы. От них сигналы данных в
своей первоначальной форме передаются далее.
Система с ВРК должна быть синхронизирована по битам с
дискретным каналом, используемым для передачи группового потока
битов. Если такты задаются приемопередающей аппаратурой, то
соответствующие тактовые сигналы поступают на блоки системы с
ВРК от приемника и передатчика, как это показано на рис. 1.47
(на передающей стороне — в направлении, противоположном
групповому потоку битов). Такой режим работы возможен всегда, в
том числе и тогда, когда дискретным каналом служит один из
временных каналов ИКМ тракта. Но, с другой стороны, можно
сделать и так, чтобы тактовый синхросигнал всегда совпадал по
направлению передачи с групповым сигналом данных. В этом
случае на передающей стороне тактовый сигнал, как и данные, с
выхода системы с ВРК поступает на передатчик, т. е. передается в
направлении, противоположном указанному на рис. 1.47.
Если речь идет об аппаратуре, предназначенной для передачи
группового потока битов по каналам ТЧ и первичным групповым
каналам, а также НЧ кабелям, последний режим работы всегда
осуществим, поскольку указанная аппаратура допускает внешнюю
синхронизацию. Однако при использовании для такой передачи
временного канала ИКМ с автономной синхронизацией между
передающей частью многоканальной системы с ВРК и временным
каналом системы ИКМ взаимного синхронизма нет [1.61]. В этом
случае передача группового потока битов требует специальных
устройств для еогласования скоростей.
Характеристики систем с временным разделением каналов.
Ниже рассматриваются такие важнейшие характеристики
многоканальных систем с ВРК, как способ объединения сигналов
индивидуальных каналов, цикловая синхронизация и согласование
скоростей передачи (стаффинг).
Из двух уже упоминавшихся способов объединения сигналов
индивидуальных каналов — посимвольного и погруппового —
первый позволяет особенно просто организовать временное
разделение каналов. Поскольку в этом случае сигналы данных,
передаваемые по отдельным каналам, объединяются мультиплексором в
общий групповой поток битов посимвольно, т. е. по отдельным
битам, то во входном блоке каждого канала только один бит
подлежит промежуточному запоминанию на то время, пока он не будет
помещен на соответствующее место (позицию) в цикле.
Передаваемый сигнал данных по своему фазовому положению может
быть сдвинут относительно тактов запоминающего устройства
максимум на единичный интервал (длительность одного бита),
поэтому в рассматриваемой многоканальной системе наибольшее время
задержки при переводе одного бита в групповой поток равно
длительности двух единичных интервалов. Такое распределение
группового потока битов по каналам, поскольку при нем отдельные
биты ставятся в соответствие индивидуальным каналам, оказывается
весьма гибким и допускает объединение «прозрачных» и стаффин-
говых каналов (см. ниже подраздел «Виды каналов») с
различными скоростями в одной системе. Посимвольное объединение
целесообразно в тех случаях, когда скорости передачи в
индивидуальных каналах равны между собой либо кратны некоторой общей
«основной скорости» или когда на мультиплексор возложены
только задачи, связанные исключительно с передачей информации (в
отличие от мультиплексоров с формированием знаковых циклов
для частных сетей).
При погрупповом объединении поток битов в каждом канале
96
подразделяется на группы битов определенной длины. Это
целесообразно, главным образом, в тех случаях, когда каждая такая
группа содержит единую общую информацию, как, например, биты
одного стартстопиого знака (рис. 1.48с) или одного конверта (рис.
1.486, в), и когда мультиплексор выполняет некоторые задачи об-
Рис. 1.48. Группы битов с
единым информационным
содержанием:
а) стартстопиый знак: А —
стартовый бит; 1\, .... /п —
информационные биты; Z - - -
столовый бит; б) конверт на
8 + 2 бита: S — статусный бит;
F — синхронизирующий бит;
/ь ..., /в — информационные
биты; в) конверт на о+2 Ои
га: F — синхронизирующий
бит; /|, ..., 1е —
информационные биты; S — статусный бит
6)
в)
А
S
F
'1
F
Ч
•,\(.
»1 »2
VpTi
1 ■.
'з 1 У
1 ~1
U »5
Z
'б 'б\_hj_
•в 14
«8
работки данных, связанные с их передачей, например
восстановление стопового элемента или обработка управляющей информации,
относящейся к индивидуальным каналам. При этом входной блок
канала Вх. должен выявить начало текущего знака или конверта
и направить все относящиеся к нему элементы в одну
(многозвенную) ячейку памяти. В установленной вслед за ней
промежуточной ячейке памяти эта группа битов подготавливается к тому,
чтобы мультиплексор мог вставить ее в соответствующее данному
индивидуальному каналу место цикла. Поэтому собственное время
задержки многоканальной системы с ВРК при погрупповом
способе объединения может достигать удвоенной длительности знака
или конверта.
Для цикловой синхронизации выделена относительно
небольшая часть общего числа битов, содержащихся в цикле. Они
размещаются внутри цикла строго определенным образом — так, что
выявление их на приеме гарантирует правильное восстановление
соответствия между полезными битами цикла и индивидуальными
каналами. Биты, используемые для цикловой синхронизации, могут
располагаться в виде единой синхронизирующей комбинации в
начале цикла (см. рис. 1.46) или в другом крайнем случае —
равномерно распределяться внутри всего цикла.
В синхронных сетях передачи данных (см. разд. 3.3.2)
стремятся к полному синхронизму всех элементов сети. Пока эта цель не
достигнута, в системе передачи с ВРК изохронный сигнал данных
должен передаваться по синхронному каналу, с которым, однако.»
он не синхронизирован, т. е. скорость передачи по каналу может
не совпадать со скоростью модуляции сигнала. После передачи
должно быть обеспечено восстановление сигнала данных (без по-
4—11 93Г
явления лишних битов или их потери) с его первоначальными
тактовыми интервалами. Эти задачи решаются с помощью
специальных методов согласования скорости (стаффинга)*, сущность
которых состоит в следующем.
Образуется цикл согласования, который часто
соответствует основному циклу или сверхциклу, охватывающему
несколько основных циклов системы с ВРК. Для выполнения двух
следующих условий общее число битов в цикле согласования
выбирается большим, чем число информационных битов.
Имеется по меньшей мере один бит заполнения, который
может содержать или не содержать данные (т. е.
используется постоянный цикл согласования), либо один бит пробела,
который для выравнивания скоростей при необходимости
может быть удален или, наоборот, дополнен вторым битом
пробела (т. е*- используется переменный цикл согласования).
Для обеспечения согласования скорости на приемную
сторону системы с ВРК направляется информация
(закодированная несколькими битами) о том, содержит ли бит
заполнения данные (при постоянном цикле согласования) либо о
том, сохранен ли бит пробела, устранен или добавлен второй
бит пробела (в случае переменного цикла согласования). При
переменном цикле согласования скорости специальную
информацию, касающуюся согласования, можно и не
передавать, выявляя начало цикла с помощью средств цикловой
синхронизации.
За определенное число шагов процесса согласования в единицу
времени на приемной стороне системы с ВРК можно таким
образом восстановить тактовые интервалы первоначального сигнала
данных.
При передаче группового потока битов (например, со
скоростью 64 кбит/с) в системе с ВРК проблема согласования его
скорости возникает в том случае, если в этой многоканальной
системе путем ее синхронизации с другими компонентами сети уже
установлен тактовый интервал определенной длительности, а для
передачи используется дискретный канал системы ИКМ, имеющий
автономную синхронизацию. Поскольку в системе с ВРК цикл
должен оставаться неизменным несмотря на процесс согласования
скорости, то цикл этого процесса выбирается равным основному
циклу (или сверхциклу) и предусматривается бит пробела,
который для согласования тактовых интервалов спорадически
выбрасывается или дополняется вторым битом пробела.
Виды каналов. Характеристики многоканальной системы
передачи с ВРК зависят не только от уже упоминавшихся выше па-
* См. [11*, 35*]. Часто используют также термин «выравнивание скорости^
[2*, 33*]: {Прим. ред.)
•08
раметров, но и от особенностей входных и выходных блоков
индивидуальных каналов (Вх. и Вых. на рис. 1.47). Ниже кратко
рассматриваются «прозрачные» каналы, стаффинговые каналы,
синхронные каналы с конвертной структурой* и каналы с
формированием знаковых циклов.
Каждому виду канала соответствует специфическая обработка
или преобразование сигналов, поступающих на вход передатчика
многоканальной системы и обратное преобразование на приеме.
При современной технической базе эти процессы могут
осуществляться совместно для всех каналов системы с помощью централь»
ного процессора.
В «прозрачных» каналах изменения значащих позиций сигнала
передаются с некоторыми отклонениями во времени (краевыми
искажениями). Поэтому при временном разделении такие каналы п©
их свойствам аналогичны рассматривавшимся в разд. 1.4.2.2
каналам системы с разделением по частоте.
Если максимальное краевое искажение в «прозрачном» канале
системы с ВРК принять равным 5%, то на каждый элемент
сигнала потребуется 20 отсчетных импульсов, .(см. рис. 1.49, точный
-Элемент сигнала данных-
Сигнал'
данных
Точный'
• растр для',
отсчета
23012301230123012301230123012
Значащая
позиция
сигнала
данных
перед
Изменением
Значащая Кодовое
позиция обозначение
сигнала отсчетного
данных интервала
после
изменений.
"Микротелеграмма."
Значащая
позиция
сигнала
данных
(до следующе
Грубый растр
для передаваемой'
'двоичной
последовательности
I
Передаваемая!
двоичная
последова —
тельность
Значащая.
позиция
сигнала
данных
после
го изменения) изменения
ВреМП- 3"»
Рис. 1.49. Кодирование по методу скользящего индекса
* Не следует смешивать ее с пакетной структурой. Подробнее о конвертах
см. разд. 3.3.2.5. (Прим. ред.)
4* QB)
■растр). Следующие друг за другом интервалы между отсчетами
объединяются в группы по четыре; эти группы определяют грубый
растр передаваемой последовательности битов. Таким образом,
для каждого элемента сигнала вместо двадцати отсчетных
импульсов передаются только пять битов, которые содержат двоично
закодированную информацию о направлении и временном положении
значащих моментов (моментов изменения значащих позиций)
сигнала данных. В случае изменения значащей позиции
передаваемый вслед за этим бит совпадает с новой значащей позицией
сигнала данных (например, после изменения 0 на 1 передается 1) и
е то же время является стартовым битом «микротелеграммы»,
состоящей из трех битов. Два бита, следующие за стартовым,
указывают точное положение значащего момента в одном из четырех
интервалов точного растра*. В примере, приведенном на рис. 1.49,
это 1 и 0, так йак значащий момент попадает во второй интервал.
После «микротелеграммы» до следующего значащего момента
сигнала данных передается имеющаяся значащая позиция. Так как
-на каждый элемент сигнала приходится по пять битов, из которых
■для «микротелеграммы» нужно только три, то без специальных
дополнительных мер можно передавать, например, и такие сигналы,
которые вследствие искажений укорочены до 40%. Принцип
рассмотренного метода кодирования так называемого метода
«скользящего индекса» был впервые предложен Трейвисом и Ягером
[1.62].
При скоростях 600 бит/с и выше между двумя абонентами сети
передачи данных возможен обмен только изохронными сигналами
(см. разд. 3.2). Хотя для этого пригодны и «прозрачные» каналы,
однако гораздо экономичнее непосредственно приводить в
соответствие каждому элементу сигнала данных один бит в передаваемой
двоичной последовательности. В асинхронных сетях передачи
данных (см. разд. 3.3.1) из-за различия в скоростях работы отдельных
приемопередающих устройств соединительного тракта требуется
согласование скоростей (стаффинг), которое может
осуществляться, например, в каждом индивидуальном канале. Для подобных
■стаффинговых каналов ** при использовании установленных
Рекомендацией МККТТ Х.1 [1.48] стандартных скоростей модуляции
0,6; 2,4; 4,8; 9,6 кбит/с, с учетом передаваемой согласующей
информации могут быть предусмотрены общие скорости передачи
(скорости «брутто») 0,75; 3; 6 и 12 кбит/с. Таким образом, если в
«прозрачных» каналах с ВРК для передачи одного элемента сиг-
* Здесь подразумевается, что'с ■ помощью указанных двух битов номер
интервала, в котором находится значащий момент, представлен обычным двоичным
.кодом, например второй интервал имеет код 10. (Прим. ред.)
г ** Такие каналы, занимающие промежуточное место между синхронными и
асинхронными, часто называют также квазисинхронными. ■ (Прим. ред.) •
ОГ00
нала данных требуются пять битов, то в стаффинговых каналах с
указанными выше скоростями — только 1,25 бита.
В синхронных сетях передачи данных (см. разд. 3.3.2) все
приемопередающие устройства работают синхронно, т. е. с
едиными тактами. Поэтому скорости передачи по используемым в таких
сетях синхронным каналам определяются непосредственно
полезными скоростями (скоростями «нетто») работы установок
абонентов (0,6; 2,4; 4,8 и 9,6 кбит/с). Так как в синхронных сетях
передачи данных происходит образование конвертов, при котором на
каждые восемь или шесть информационных битов вводится
определенное число, например два, добавочных битов (см. рис. 1.486,
в), то общие скорости (скорости «брутто») в указанных каналах
составляют 0,75; 3; 6 и 12 кбит/с или соответственно 0,8; 3,2; 6,4;
12,8 кбит/с (см. разд. 1.4.1.2, табл. 1.9). Из двух упомянутых
добавочных битов синхронизирующий бит F служит для конвертной
синхронизации в абонентских линиях, а также (в многоканальных
системах с конвертами по 6+2 бита) для цикловой
синхронизации; статусный бит S указывает, что содержат информационные
биты —данные или сигнализирующую информацию.
Поскольку в синхронных каналах, предназначенных для
передачи с различными скоростями, сигналы имеют жесткую
конвертную структуру, то в системе с ВРК такие каналы целесообразно
объединять поконвертно. В этом случае и на коммутационную
систему поступает групповой поток битов, объединенных по
конвертному принципу, благодаря чему становится возможной интеграция
функций коммутации и передачи информации (см. разд. 3.3.2).
Нередко необходимо передавать только стартстопные знаки
одного определенного формата и с одной скоростью, что, например,
имеет место для абонентов сети передачи данных, относящихся к
классу 1 (см. разд. 3.2.1.1) или сети Телекс. В этом случае могут
использоваться каналы с формированием знаковых циклов.
Каждый элемент знака, синхронизированный относительно начала
стартового элемента, однократно считывается в соответствии с
тактовым растром (системой моментов отсчета), установленным в
системе передачи с ВРК- Таким образом, каждому элементу
сигнала данных ставится в соответствие только один бит в групповом
потоке. Столовый элемент переменной длины при этом также
вписывается в тактовый растр группового сигнала, и обеспечивается
компенсация отклонений в скоростях передаваемых стартстопных
знаков (т. е. коррекция).
Структура многоканальных систем с ВРК. Ниже
рассматриваются наиболее важные характеристики некоторых обсуждавшихся
на международном уровне и практически применяемых видов
систем с временным разделением каналов.
По каналам ТЧ при небольших затратах передача данных
обычно возможна только со скоростями не более 2,4 кбит/с. Поэто-
101
му в тех случаях, когда для наиболее эффективного
использования таких каналов по ним организуется передача с ВРК,
применяются системы, предназначенные для разделения
низкоскоростных каналов системы с формированием знаковых циклов [1.63].
Для асинхронных сетей передачи данных нужны подобные
системы с каналами, рассчитанными на знаковые циклы от 7,5 до 11
единичных элементов и скорости от 50 до 300 бит/с (что
соответствует классам обслуживания абонентов 1 и 2, см. разд. 3.2.1.1);
в системы рассматриваемого типа целесообразно включать также
каналы, необходимые в сети Телекс (знаковый цикл — 7,5
элементов, скорость — 50 бит/с). Чтобы групповой сигнал, передаваемый
по этой сети от начального коммутационного узла к конечному, не
получал недопустимых искажений, каналы объединяются
посимвольно. По таким каналам передается и сигнализирующая
информация между коммутационными устройствами; если она с самого
начала не согласована со знаковым циклом, то формирование
знаковых циклов на время ее передачи прекращается.
При объединении каналов передачи данных с каналами сети
Телекс часть битов, соответствующая нескольким телексным
каналам, отводится для одного канала данных. При скорости
группового сигнала 2,4 кбит/с в расчете на 48 каналов по 50 бит/с
основной цикл получается равным 48 бит, из которых по меньшей мере
один бит выделяется для цикловой синхронизации. Еще один бит
удаляется при передаче в групповом потоке. Это позволяет
надежно передавать столовый элемент также в тех случаях, когда
используются стартстопные знаки с простым стоповым
элементом и скорость передачи отклоняется от номинальной в некоторых
допустимых пределах. Таким образом, остается 46 каналов по
50 бит/с, что лишь несколько ограничивает возможности
объединения с высокоскоростными каналами передачи данных.
Если скорости, с которыми должны передаваться данные в
отдельных каналах, не кратны 50 бит/с, то скорости в более
высокоскоростных каналах приводятся к желаемым с помощью битов
заполнения. Так, в многоканальной системе с формированием
знаковых циклов, которая соответствует Рекомендации МККТТ R.101
[1.64], имеются различные возможности формирования группового
сигнала со скоростью 2,4 кбит/с (табл. 1.13), в том числе и
объединение каналов с различными скоростями и знаковыми циклами.
Наряду с многоканальными системами с формированием
знаковых циклов, работающими по принципу посимвольного
объединения каналов, в частных сетях передачи данных, особенно в США,
получили распространение системы, в которых объединение
осуществляется по знакам, так как свойственное этим системам
большее собственное время запаздывания в таких сетях играет
второстепенную роль. С другой стороны, объединение по знакам имеет
и некоторые преимущества. Свойственный системе знаковый синх-
102
Таблица 1-13
Различные .возможности подразделения группового потока битов
со скоростью 2,4 кбит/с в системе с ВРК и образованием знаковых циклов
согласно Рекомендации МККТТ R.101
Скорость в канале,
бит/с
Число элементов в
знаковом цикле
Число каналов
50
7.5
46
75
7.5
30
100
7.5
10
22
ПО
11
22
134,5
9
15
150
10
15
200
7.5
10
11
10
300
10
11
7
ронизм позволяет лучше использовать пропускную способность
канала, так как стартовый и столовый элементы при передаче могут
быть опущены и затем восстановлены на входе приемника. Кроме
того, объединение по знакам облегчает представление служебной
информации, которая содержится в групповом потоке битов
наряду с сигналами данных при наличии многоканального
оборудования, установленного у абонента (например, информации о
состоянии цепей стыка с ООД).
В каналах связи, обеспечивающих скорость передачи
группового сигнала до 64 бит/с, применяются системы ВРК с
посимвольным и поконвертным объединением каналов.
Для объединения «прозрачных» низкоскоростных (от 50 до
300 бит/с) каналов МККТТ наряду с упомянутой системой,
работающей по принципу формирования знаковых циклов,
предусмотрена система с посимвольным объединением (Рекомендация
МККТТ R.111) [1.65]. При более высокой скорости группового
потока для «прозрачных» каналов может потребоваться, как было
пояснено ранее, по пять битов на каждый элемент сигнала. Чтобы
Для передачи полезной информации всегда имелась в
распоряжении определенная гарантированная часть общего потока битов,
для цикловой синхронизации и других внутрисистемных
служебных функций (контроля, согласования скоростей и т. п.) отведено
4 кбит/с. Оставшаяся полезная доля группового потока битов
(60 кбит/с) подразделена на пять частей по 12 кбит/с, из которых
одна или несколько отведены для «прозрачных» каналов. Их
параметры приведены в табл. 1.14.
Из указанных частей, в свою очередь, выделяются потоки битов
по 2,4 кбит/с, которые могут использоваться в системах
временного разделения каналов с формированием знаковых циклов.
Системы с поконвертным временным объединением каналов
имеют важное значение для синхронных сетей передачи данных
103
Таблица 1.14
Различные возможности подразделения части группового потока,
составляющей 12 кбит/с, на «прозрачные» каналы в системе с посимвольным
временным объединением каналов согласно Рекомендации МККТТ R.111
(краевые искажения не более 5%)
Скорость в канале, бит/с
Число битов в секунду, отводимое в
групповом потоке иа один канал
Число каналов
50
250
48
100
500
24
200
1000
12
300
1500
8
(см. разд. 3.3.2):. В зависимости от строения конвертов (из восьми
или шести информационных и двух дополнительных битов, см. рис.
1.486, в) и полезной скорости в каждом из каналов (0,6; 1,4; 4,8
или 9,6 кбит/с) такие системы позволяют объединять то или иное
число каналов с общими скоростями, указанными в табл. 1.15.
Таблица 1.15
Различные возможности подразделения группового потока битов
со скоростью 64 кбит/с в системе временного поконвертного объединения
каналов согласно Рекомендациям МККТТ Х.51 и Х.50
Полезная скорость в канале, кбит/с
Общая скорость в канале системы с
ВРК, кбит/с:
при конвертах по 8+2 бита
при конвертах по 6+2 бита
Число каналов
0,6
0,75
0,8
80
2,4
3
3,2
20
4,8
6
6,4
10
9,6
12
12,8
5
В системах с временным объединением каналов по конвертам
из 8+2 бита, как и в упомянутых выше системах с посимвольным
объединением «прозрачных» каналов, согласно Рекомендации
МККТТ Х.51 из общего потока 64 кбит/с выделяется 4 кбит/с для
цикловой синхронизации и других внутрисистемных служебных
целей. Остальная часть потока (60 кбит/с) используется для
передачи конвертов по 8+2 бита. Так как при этом, в отличие от
описываемых ниже систем с конвертами по 6+2 бита,
дополнительные биты не включаются в конверт, с помощью этих систем
возможна передача любых последовательностей битов с заданными,
канальными скоростями «брутто».
104
В системах с конвертами по 6+2 бита согласно Рекомендации
МККТТ Х.50 [1.66] каналам приводится в соответствие один
общий цикл, охватывающий 80 конвертов. Для цикловой
синхронизации на передающей стороне из 80 синхронизирующих битов (см.
рис. 1.48в), которые входят в конверты одного цикла и вне
группового потока битов служат для синхронизации индивидуальных
каналов, 72 отведены под специальную кодовую комбинацию,
генерируемую регистром сдвига, а 8 битов выделены для
внутрисистемных служебных функций (например, контроля). На приемной
стороне конверты ставятся в соответствие выходам отдельных
каналов, при этом синхронизирующие биты снова выполняют
функции синхронизации индивидуальных каналов.
1.4.2.4. АППАРАТУРА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ГРУППОВЫХ ПОТОКОВ БИТОВ
В СИСТЕМАХ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
Как следует из разд. 1.4.2.4, для передачи групповых потоков
битов в многоканальных системах с ВРК необходима аппаратура,
рассчитанная на скорости передачи 2,4 (возможно также 4,8 и
9,6 кбит/с) и 64 кбит/с.
Для передачи со скоростью 2,4 кбит/с пригодны модемы на
2400 бит/с (см. разд. 1.2.1.3 и 7.3), применяемые в каналах ТЧ или
на низкочастотных и пупинизированных кабельных линиях. Однако
может оказаться практически выгодным использовать в данном
случае аппаратуру, предназначенную для абонентских линий (см.
разд. 1.4.1.2). Поскольку эта аппаратура в зависимости от того,
применяются ли группы по 6+2 или по 8+2 бита, рассчитана на
скорость 3,2 или 3 кбит/с, соответствующая тактовая синхрониза^
ция и формирование импульсов, как отмечалось в разд. 1.4.1.2,
требуют незначительных дополнительных затрат. Это справедливо
и для скорости передачи 4,8 кбит/с, в то время как при скорости
9,6 кбит/с может быть использован модифицированный модем (об
ограничениях, касающихся передачи со скоростью 12 800 бит/с на
дальнее расстояние, см. разд. 1.4.1.2).
Передача групповых сигналов со скоростью 64 кбит/с на
близкое расстояние может осуществляться по НЧ кабелям, а на
дальнее — по первичным групповым трактам с помощью аппаратуры,
указанной в разд. 1.4.1.3. Во все возрастающей степени для этой
цели применяются временные окна систем ИКМ. Если речь идет
об ИКМ системах, используемых в телефонных сетях, то в этом
случае в многоканальной аппаратуре должны быть предусмотрены
тактовая синхронизация, описанная в разд. 1.4.2.3, и согласование
с электрическими характеристиками стыка системы ИКМ. Наряду
с этим организуются и системы ИКМ, специально
предназначенные для передачи данных. Так, например, подобная система
предусмотрена Почтовым ведомством ФРГ в составе сети дальней
связи [1.67, 1.68].
105
2. КОММУТАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Задачи, выполняемые коммутационным оборудованием в
системах передачи данных, основные принципы его работы, а также
связанные с этим вопросы теории телетрафика были освещены в
разд. 6 тома 1. Рассмотрим теперь, какие типы устройств
коммутации практически применяются в сетях передачи данных и по
каким принципам они построены.
В первую очередь следует назвать коммутационное
оборудование узлов сети. При этом необходимо проводить различие между
коммутируемыми и некоммутируемыми узлами (см. том 1, разд.
6.1.1). Сети передачи данных с некоммутируемыми узлами
называют узловыми*, или некоммутируемыми, а сети с коммутируемы-
мы узлами — коммутируемыми сетями. (Понятие коммутации,
строго говоря, применимо только к процессам, происходящим в
узлах коммутируемых сетей.) В соответствии с этим в дальнейшем
совокупность устройств коммутации, установленных в
коммутируемом узле, будем называть коммутационным оборудованием, или
коммутационной аппаратурой. Если же речь будет идти о
некоммутируемых узлах, то в соответствующих случаях будем
использовать термин оборудование узла, или узловое оборудование. Для
оборудования коммутируемых узлов употребительно также
понятие коммутационный узел (или узел коммутации)** особенно в тех
случаях, когда акцент необходимо сделать на его роли в сети
передачи данных, а не на внутреннем устройстве. Если
коммутационное оборудование построено по единому принципу из
взаимосвязанных элементов, то для их совокупности используется термин
коммутационная система.
В составе оконечных установок также обычно имеются
устройства, относящиеся к коммутационной технике. Они служат для
управления процессами установления и разъединения соединений во
взаимодействии с коммутационным оборудованием узлов сети.
Иногда, однако, эта задача возлагается непосредственно на
оконечное оборудование данных. В зависимости от способа решения
указанной задачи в оконечных установках используются вызывные
приборы или приборы подключения, имеющие стыки с ООД,
которые были описаны в разд. 1.1. В некоммутируемых сетях все
управление обменом данными осуществляется с помощью ООД.
* Как уже было отмечено в томе 1, этот термин не получил распространения
в отечественной литературе. (Прим. ред.)
** Часто употребляются также термины «центр коммутации»,
«коммутационная станция». (Прим. ред.)
106
2.1. КОММУТАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ УЗЛОВ СЕТИ
2.1.1. ОБОРУДОВАНИЕ КОММУТИРУЕМЫХ УЗЛОВ
Классификация. Узлы коммутации в зависимости от их
положения в сети передачи данных могут выполнять довольно различные
функции. В первую очередь следует отличать узлы коммутации, к
которым подключены только соединительные линии, ведущие к
другим узлам (т. е. транзитные узлы), от узлов, к которым, кроме
того, подведены абонентские линии от оконечных установок. В
последнем случае функции управления могут быть более
многообразными, так как способы сигнализации, применяемые в
абонентских и соединительных линиях, вообще говоря, не совпадают.
Различие в функциях управления связано также с особыми услугами,
предоставляемыми абонентам (см. разд. 3.2). Наконец, не следует
забывать и о различных характеристиках нагрузки. Функции
управления особенно обширны в таких транзитных узлах
коммутации, к которым подключены соединительные линии от разных
сетей передачи данных.
Однако практически более важную роль играет другое
различие — различие между концентраторами и прочими
коммутационными устройствами. Концентраторы предназначены для
объединения нагрузки от нескольких периферийных оконечных установок
таким образом, чтобы она передавалась в вышестоящий узел
коммутации или (в частных сетях передачи данных) на центральную
оконечную установку, например оборудование обработки данных
(т. е. центральную ЭВМ), по меньшему числу соединительных
линий (рис. 2.1). Концентраторы позволяют также передавать на-
[оупд \-
■ ■'«>
СП
ЦУ
_ АП
[оупд]
а)
Рис. 2.1. Оборудование коммутации данных, установленное в коммутируемых
узлах сети:
«) концентратор и коммутационный узел; б) концентратор: ОУПД -- оконечная
установка передачи данных; АЛ — абонентская линия; К — концентратор;
СЛ — соединительная линия; КУ — коммутационный узел; ЦУ — центральная
установка, например ЭВМ
грузку в обратном направлении оконечным установкам.
Соединительные тракты между оконечными установками, подключенными
к одному концентратору, в общем случае проходят через
вышестоящий узел коммутации. (Такие концентраторы называют
линейными, в отличие от аналогичных устройств, которые служат
для соединения большого числа линий с небольшим числом
управляющих устройств, например регистров для приема знаков набора
107
номера, и известны под названием регистровых концентраторов.)
В первую очередь принцип построения коммутационного
оборудования определяется используемым методом коммутации (см.
том 1, разд. 6.1.2), который зависит от того, должно ли быть
установлено или нет сквозное (прямое) соединение между
оконечными установками. В первом случае нет необходимости в
промежуточном запоминании данных в узлах коммутации (коммутация
каналов). Если, однако, по мере возможности занимается только
один тот или иной участок соединительного тракта, то требуется
промежуточное хранение данных в памяти (коммутация
сообщений). При этом в память могут заноситься целые сообщения
(коммутация с запоминанием сообщений) или только их части
(пакетная коммутация).
Для осуществления как коммутации каналов, так и
коммутации сообщений при передаче данных разработано большое число
разнообразных устройств. Тот или иной метод коммутации может
быть реализован различными способами: возможна, например,
коммутация каналов с пространственным и временным их
разделением, а также временная коммутация значащих моментов или
групп битов (байтов). Для промежуточного хранения данных
можно использовать перфоленту или магнитный носитель.
Большое значение имеет также вид управления: децентрализованное
или централизованное, жесткое (с постоянными
функциональными связями) или программное.
Структура и методы обслуживания. Многообразие
возможностей реализации коммутационных функций приводит к тому, что
не существует общей, пригодной во всех случаях структуры
коммутационного оборудования, иначе говоря, единой обобщенной
схемы из некоторых основных элементов, которые независимо от
их конкретной реализации можно было бы выделить в любом
коммутационном оборудовании. По-видимому, при одинаковых
методах коммутации и местоположении узла в сети должны
осуществляться одинаковые функции, однако указать однозначное и всегда
справедливое правило, по которому им ставились бы в
соответствие определенные элементы, едва ли возможно. Поэтому
последующее изложение в значительной степени основано на примерах
конкретных технически реализованных устройств.
Как уже отмечалось, устройства одинакового или сходного
назначения могут называться по-разному. В дальнейшем
употребляются главным образом такие названия, которые использованы в
соответствующей литературе по описываемым коммутационным
системам, насколько это допустимо при естественном стремлении к
единству изложения.
Способами обслуживания называют способы, в соответствии с
которыми обрабатываются требования, касающиеся занятия
определенных устройств. При этом управляющие устройства следует
108
отличать от устройств, предназначенных непосредственно для
коммутации или промежуточного запоминания данных. Система
обслуживания с ожиданием характерна для централизованных
управляющих устройств: занятие этих устройств связано с
необходимостью ожидания их освобождения в порядке некоторой
очереди — вообще говоря, с ограниченным числом мест ожидания и с
упорядочением по приоритетам. Примером могут служить очереди,
которые обрабатываются в узле коммутации вычислительным
устройством по заданной программе, хранящейся в памяти. В
противоположность этому возможность ожидания освобождения
децентрализованных управляющих устройств, например зон памяти для
промежуточного хранения данных, необходимых в процессе
установления соединения, нередко не предусматривается; в таком
случае говорят о системе с потерями. Часто нет возможности
ожидания и при занятии устройств, непосредственно используемых для
коммутации данных и запятых в течение всего времени, на которое
установлено соединение. Таковы, например, промежуточные линии
системы пространственной коммутации каналов. Иначе обстоит
дело в случае процессов, происходящих при коммутации с
временным разделением каналов: здесь уже можно говорить о системе с
ожиданием.
Критерии оценки. Прежде чем рассматривать конкретные виды
коммутационных систем, назовем некоторые критерии их оценки.
В первую очередь должна быть охарактеризована область
применения, т. е. указаны ее признаки в различных функциональных
аспектах [8.10] (например, первый аспект может касаться скорости
передачи, второй — процедуры передачи данных). Важным
показателем является также гибкость системы. Тенденции развития сетей
передачи данных на ближайшие годы таковы, что для
коммутационного оборудования все большее значение приобретает не
только увеличение числа подключаемых линий и объема
обслуживаемой им нагрузки, но и возможности перехода к сетям с другими
признаками или к введению новых видов услуг для абонентов.
Производительность коммутационного оборудования грубо
можно охарактеризовать допустимым числом подключаемых линий,
максимально возможной нагрузкой, а также показателями,
касающимися передаваемых данных — прежде всего скоростью
передачи. Оборудование, предназначенное для коммутации каналов,
характеризуется производительностью коммутаторов, а
оборудование для коммутации сообщений —■ возможной производитель-
костью при приеме и передаче сообщений и, если известна длина
сообщений, — емкостью запоминающего устройства. Наряду с этим
необходимо иметь сведения о производительности управляющих
устройств, т. е. о количестве соединений, которые могут быть
установлены и разъединены за определенное время, или о количестве
сообщений или пакетов, которые могут быть обработаны в едини-
109
цу времени. Однако сравнивать эти показатели можно лишь в том
случае, если дополнительно принимаются во внимание вид
устанавливаемого соединения или передаваемого сообщения,
распределение интервалов между вызовами, длительности соединений и
другие подобные параметры.
Наконец, большое значение, в особенности при
централизованном управлении, имеет надежность коммутационной системы как
единого целого. Надежность характеризуется средним временем
между двумя полными отказами системы или другими
аналогичными показателями [2.1]. Чтобы обеспечить высокую надежность,
прибегают к дублированию или даже многократному
резервированию коммутационного оборудования (обычно его центральных
частей). В связи с этим представляет интерес, на какое число
подключенных линий влияет отказ одной сдублированной части
коммутационного оборудования; это число называют объемом отказа.
В больших коммутационных системах нередко считается допусти-
1мым отказ в объеме до десяти линий.
2.1.1.1. ОБОРУДОВАНИЕ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ
Метод коммутации каналов применяют в тех случаях, когда нет
необходимости в* промежуточном хранении данных и когда
данные должны быть переданы на приемную оконечную установку по
возможности без задержки. Кроме того, по сравнению с
коммутацией сообщений, реализация коммутации каналов связана с
меньшими затратами.
Оборудование коммутации каналов в сетях общего
пользования. Оборудование с децентрализованным управлением (например,
такое, в котором коммутационное поле построено из искателей,
как в системе TW39 [2.2]), если не ставятся особые требования в
отношении его функций при установлении и разъединении
соединений, особенно с учетом различных методов сигнализации или в
отношении особых услуг, может применяться в низкоскоростных
сетях передачи данных. В целом, однако, коммутационное
оборудование с чисто децентрализованным управлением для сетей
передачи данных не представляет интереса. Поэтому в последующих
примерах рассматривается только оборудование с
централизованным управлением.
Среди различных видов коммутационного оборудования с
пространственным разделением каналов (см. том 1, разд. 6.1.3.1; при
этом наиболее типичным является коммутационное поле из реле)
встречаются устройства как с жестким управлением, так и с
управлением по записанной программе. Коммутационное
оборудование с временным разделением каналов (см. том 1, разд. 6.1.3.2),
напротив, всегда имеет управление с записанной программой,
которое по сравнению с жестким управлением позволяет легче при-
110
спосабливаться к изменяющимся или расширяющимся задачам.
При коммутации с временным разделением каналов к указанному
обстоятельству добавляется еще и то, что необходимый в этом
случае регистр соединений может быть реализован как часть
рабочего регистра памяти, который входит в состав устройства с
записанной программой управления. (Регистр соединений содержит
информацию о связанных друг с другом линиях; в регистре
переключений кратковременно хранятся коммутируемые данные; см.
том 1, разд. 6.1.3.3.)
Вместо устройств с записанной программой управления часто
используются устройства с управлением от ЭВМ. При этом наряду
с ЭВМ универсального назначения применяются, особенно в
больших коммутационных системах, вычислительные устройства и
блоки программного управления, разработанные специально для
задач коммутации. Они позволяют достигнуть значительного
повышения производительности оборудования при установлении и
разъединении соединений.
Область применения рассматриваемого ниже оборудования
охватывает скорости передачи по отдельным линиям до 48 000 бит/с.
Количество подключаемых линий находится в пределах от
нескольких сотен до нескольких десятков тысяч, а максимальное
число соединений, которые в среднем могут быть установлены и
разъединены в одну секунду, достигает примерно 100.
Оборудование с записанной программой управления имеет расчетное среднее
время работы между двумя полными отказами порядка десяти
лет.
Пример 1. Рассмотрим вначале один из типов коммутационного
оборудования с пространственным разделением каналов и централизованным, но не
программным управлением. В данном случае в качестве примера выбрано
оборудование, применяемое в транзитных
узлах коммутации и пригодное
(при использовании указанных
ниже элементов) для скоростей
передачи до 2400 бит/с [2.3].
Коммутационная схема,
показанная на схеме рассматриваемого
узла (рис. 2.2), выполнена не од-
иозвенной, а многозвенной и на
холостом ходу, т. е. если нет
соединений, имеет полную доступность
(см. том 1, разд. 6.2.1.1).
Коммутатор на 60 или 120 точек
коммутации (их число обусловлено
конструктивными соображениями)
построен на реле. Рассматриваемая
схема дает возможность
подключить максимум 792
соединительные линии, которые могут
заниматься как со стороны других
узлов коммутации (т. е. быть вхо-
СЛ
++
КС
+++
PC
ЛКи
ел
ЦУУ
Рис. 2.2. Пример схемы транзитного
коммутационного узла с централизованным-
управлением и пространственным
разделением каналов:
ЛКв — линейный комплект, занимаемый при
входящем соединении; КС - коммутационная схема;
ЛК.и — линейный комплект, занимаемый при
исходящем соединении; PC — регистровая схема- Р —
регистр; ЦУУ _ централизованное управляющее
устройство; СЛ — соединительные линии- -*
направление установления соединения: _ '| Мн--
гократное включение
111
дящими), так и со стороны данного узла по направлению к другим (т. е. быть
исходящими).
Устройства, установленные по одному на каждую из подключенных линий,
называют линейными комплектами; их коммутационные задачи в первую
очередь заключаются в приеме и подтверждении сигнала вызова и контроле
соединения. Для приема, промежуточного хранения и передачи цифр набора номера v
знаков класса обмена применяются регистры, максимальное используемое число
которых может достигать 75. Они связаны с линейными комплектами через трех-
звенную коммутационную схему — регистровую схему. Раздельно показанные
на рис. 2.2 линейные комплекты, занимаемые при входящем и исходящем
соединениях, обычно объединены в одном устройстве.
Централизованное управляющее устройство состоит из трех блоков. Блок
установки регистра служит для подключения регистра. Блок обработки набор;]
решает, достаточно ли информации, поступившей при наборе номера, для
последующего установления соединения, недостаточно или она вообще непригодна
.для этого. Третий блок управления служит для проведения всех остальных
операций по установлению соединения — от выбора направления, определения
подлежащей занятию исходящей линии в процессе искания пути в коммутационной
схеме и установки в «надлежащее положение коммутационных элементов до
занятия исходящей линии. Состав и структура направлений и пучков линий, а
также режимы работы и классы обслуживаемых сетей не являются постоянными,
жестко заданными, а могут изменяться в зависимости от тех или иных условий
функционирования, например при расширении коммутационного узла. Наконец,
помимо перечисленных, имеется еще и ряд других схем, с помощью которых
блоки управления получают информацию от линейных комплектов, регистров и
коммутационных схем и передают ее на эти элементы.
Надежность коммутационного оборудования может быть повышена за счет
дублирования централизованного управляющего устройства, а
производительность — путем совместного включения до трех описанных выше комплектов
оборудования через дополнительную коммутационную схему. Такое
координированное включение обеспечивает тесное взаимодействие централизованных
управляющих устройств, которое приводит к лучшему использованию линий и более
высокой производительности коммутационного оборудования по сравнению с
раздельной работой трех упомянутых его комплектов. В случае отказа одного из
.блоков управления его функции берут на себя соответствующие блоки двух
других комплектов; таким образом, при совместном включении надежность
также выше, чем при раздельной работе оборудования без дублирования
централизованных управляющих устройств [2.4].
Пример 2. Вторым примером является коммутационное оборудование с
пространственным разделением каналов и управлением по записанной программе.
Это оборудование также пригодно для скоростей передачи до 2400 бит/с. Из
различных вариантов его исполнения рассмотрим тот, который обеспечивает
подключение в числе прочих также линий, ведущих к .оконечным установкам
передачи данных, и поэтому имеет несколько более сложную структуру но
сравнению с вариантами, предназначенными для транзитных узлов коммутации.
Ядро коммутационной системы, коммутаторы которой выполнены на реле,
образуют функциональные ступени, названные на рис. 2.3 соединительной и
смешивающей ступенями. Между ними и соединительными линиями или
абонентскими линиями, ведущими к оконечным установкам, располагаются кон-
иннтраторные ступени, которые объединяют нагрузку, поступающую от
оконечных установок по абонентским линиям (см. том 1, разд. 6.1.6). И наоборот, с
помощью этих ступеней нагрузка, поступающая по соединительным линиям (в
общем случае они имеют высокую интенсивность нагрузки), разделяется по
источникам, для которых в обратном направлении осуществляется концентрация
нагрузки. Коммутационная система в целом имеет полную доступность на
холостом ходу (см. том 1, разд. 6.2.1.1).
Комплекты соединительных линий выполняют прежде всего функции
распознавания и подтверждения вызова, а также контроля соединения и позволяют
U2
вести опрос состояний линий. Абонентские комплекты, напротив, выполняют
только функции, безусловно необходимые в месте их установки, в первую
очередь распознавание вызова. Остальные функции реализуются соединительным
комплектом*, т. е. в таком месте, в котором нагрузка, поступающая от
оконечных устройств или к ним, уже сконцентрирована.
Рис. 2.3. Пример схемы коммутационного узла с управлением" по записанной
программе и пространственным разделением каналов (резервные блоки не
показаны) :
АЛ — абонентская линия; АК — абонентский комплект; СЛ — соединительная линия; КВСЛ —
комплект входящей соединительной линии; КИСЛ — комплект исходящей соединительной
линии; К — концентраторная или расширительная ступень; СКв — соединительный комплект,
занимаемый при входящем соеднненни; СКи — соединительный комплект, занимаемый при
исходящем соединении; СС — соединительная ступень; МС — смешивающая ступень; Сигн —
сигнальная схема; Прд/Прм — передатчик и приемник кодовых знаков; СУ — схемы для
приема и выдачи управляющей информации; Р — регистр; ЦЭУМ — центральная электронная
управляющая машина; ->—направление установления соединения; ] —многократное
включение; заштрихованные прямоугольники — коммутационная система
Линейные** и соединительные комплекты принимают или передают
сигналы вызова и его подтверждения, отбоя и подтверждения отбоя; эти комплекты
через сигнальную схему могут быть связаны с передатчиками и приемниками
сигналов управления, которые в закодированной форме содержат информацию,
необходимую для установления и разъединения соединений.
Информация, содержащаяся в сигналах управления, заносится в регистры,
которые служат звеньями связи с центральной электронной управляющей
машиной (ЭУМ). Регистры принимают также информацию о состояниях линий,
соединительных комплектов и других схем, а также управляющую информацию для
соединительных комплектов и коммутационных схем; между этими устройства-
* В отечественной литературе его чаще называют станционным комплектом,
подразделяя на шнуровые, служебные или вспомогательные и т. п. комплекты
[1*]. (Прим. ред.)
** Т. е. абонентские комплекты и комплекты входящих и исходящих
соединительных линий. (Прим. ред.)
113
ми и регистрами имеются некоторые другие детально не называемые здесь
элементы.
Электронная управляющая машина представляет собой ЭВМ,
разработанную специально для применения в коммутационном оборудовании. В одну
секунду может устанавливаться и разъединяться около 20 соединений [2.5]; за
счет применения более производительной ЭУМ число соединений можно
увеличить [2.6].
Пример 3. Рассмотрим, наконец, один из типов коммутационного
оборудования с временным разделением каналов и управлением по записанной программе
[2.7, 2.8]. Оно предназначено для применения в асинхронных сетях передачи
данных (см. разд. 3.3.1) при скоростях до 9600 бит/с и в синхронных сетях (см.
разд. 3.3.2) при скоростях передачи до 48000 бит/с. Ниже описывается схема,
которая работает по принципу коммутации значащих моментов сигналов данных
и нашла применение в первую очередь в асинхронных сетях передачи данных.
При такой коммутации не имеет значения, идет ли речь об изохронных или
синхронных сигналах и какие знаковые циклы и скорости передачи используются.
Наряду с этим возможна групповая коммутация битов; эта форма
предусмотрена главным образом для синхронных сетей передачи данных.
При временной» коммутации значащих моментов, т. е. изменений значащих
позиций, вместо коммутационной схемы используется регистр соединений,
который содержит информацию о связанных друг с другом линиях. Он входит в
состав оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), являющегося, как
показано на рис. 2.4, частью блока памяти. Изменение значащей позиции («полярно-
Рис. 2.4. Првмер схемы коммутационного оборудования с управлением по
записанной программе и временным разделением каналов (резервные блоки не
показаны) :
БПЛ — блок подключения линий; СГС — соединительная группа системы (линейные
комплекты); ВДПВВ — кодовый преобразователь ввода — вывода; БУП — блок управления
процессом передачи; БПУ — блок программного управления; БПП — блок подключения
приборов; БУПБ — блок управления памятью большой емкости (ЗУ на дисках); БПС — блок
сопряжения со стыками приборов; БУКП — блок управления каналами приборов; ЗУ —
запоминающее устройство (оперативное); PC — регистр (ЗУ) соединений
сти»), появляющееся на одной из линий и обнаруживаемое линейным
комплектом, приводит к тому, что в регистре соединений выявляется адрес той линии,
которая связана с первой и на которую это изменение передается затем далее.
Так как для каждой линии допускается возможность быть непосредственно свя-
114
занной с любой другой линией, то имеет место однозвенная коммутация с
полкой доступностью, не зависящей от нагрузки.
Линейные комплекты служат при этом исключительно для приема и
передачи значащих моментов. Если уже имеется соединение, то значащие моменты
коммутируются вышеописанным способом; в противном случае они
обрабатываются блоком программного управления, который осуществляет и все
остальные коммутационные функции. Благодаря этому децентрализованные устройства
оказываются предельно простыми и требуют минимальных затрат. Такое
частично централизованное оборудование, как соединительные комплекты или
регистры, отсутствует. Поскольку оно должно было бы быть согласовано с
определенными методом и скоростью передачи, а также с системой кодирования знаков
управления, то отказ от этого оборудования одновременно позволяет
приспособлять коммутационную систему к изменяющимся условиям функционирования
без ее перестройки.
Однако при таком распределении функций блок программного управления
оказывается сильно загруженным. Если в коммутационном узле с большой
нагрузкой этот блок необходимо разгрузить, то можно либо установить второй
такой же блок (см. рис. 2.4), либо ввести в систему дополнительные элементы
для приема и передачи упомянутых знаков или специальный функциональный
блок для выполнения указанных задач.
Для обеспечения высокой надежности все централизованные блоки
коммутационного оборудования дублируются, причем так, что дублирующие друг
друга блоки работают параллельно н синхронно и их сигналы постоянно
сравниваются (рис. 2.5). Благодаря соединению этих блоков между собой (модульное,
С ГС
С ГС
кпвв
1.1
кпвв
1.2
кпвв
Л.1
кпвв
л.2
2й^
БПС 1
■^1
БПС !
><
Рис. 2.5. Пример схемы коммутационного оборудования с модульным
резервированием блоков:
СГС — соединительная группа снетемы (линейные комплекты); КПВВ — кодовый
преобразователь ввода — вывода; БУП — блок управления процессом передачи; БПУ — блок
программного управления; БПС — блок сопряжения со стыками приборов; БУКП — блок управления
каналами приборов; ЗУ — запоминающее устройство
т. е. поэлементное резервирование) вероятность полного отказа по сравнению с
системой, которая дублируется как единое целое, существенно уменьшается
Блок подключения линий может быть довольно крупным, обеспечивая
подключение около 24500 линий сети передачи данных (до шести кодовых
преобразователей ввода—вывода на 4096 входов каждый; еще один кодовый
преобразователь ввода—вывода может применяться для специальных целей, например
115
для подключения устройств обслуживания). Если для определенного
коммутационного узла необходимо установить, сколько линий может быть подключено
к нему в действительности, то следует учесть его производительность при
установлении и разъединении соединений (в зависимости от применяемых методов
сигнализации может устанавливаться и разъединяться примерно от 40 до 100
соединений в секунду)'и непосредственно при коммутации (табл. 2.1). Допусти-
Таблица 2.1
Показатели производительности одного из типов коммутационного
оборудования с временным разделением каналов и управлением
по записанной программе
Длительность цикла
запоминания, МКС
Средняя загрузка,
обусловленная коммутацией
(ориентировочное значение), %
Регистр соединений реализован как
часть общего оперативного
запоминающего устройства
0,8
60
отдельное аапоминающее
устройство
0,2
90
»
Среднее число
значащих моментов или групп
битов, коммутируемых в
одну секунду
Возможное число
одновременно имеющихся
соединений
изменений
значащих позиций, т. е.
значащих
моментов (ЗМ)
(175-10е ЗМ/с
Коммутация
значащих
моментов (ЗМ) и групп
битов (ГБ)
0.15-il 0е ЗМ/с-Ь
т 0,48-106 ГБ/с
групп битов
(ГБ)
4,6-106 ГБ/с
Скорость передачи
200 бит/с,
г.олудуплекс
7500
2.4 кбит/с,
дуплекс
312
50 бит/с,
полудуплекс;
2,4 кбит/с,
дуплекс
6000 + 1000
2,4 кбит/с,
дуплекс
11250
мая средняя нагрузка регистра соединений зависит прежде всего от того, как
распределены интервалы между коммутируемыми значащими моментами и
какие задержки допустимы при коммутации, т. е. на какие предельные значения
задержек, коэффициента ошибок или потерь битов следует рассчитывать (см.
разд. 3.3.1.1). Если, как и в рассмотренной выше схеме, регистр соединений
является частью ОЗУ (см. табл. 2.1, левая колонка), то, кроме того, необходимо.
116
учитывать, что у ОЗУ имеются и другие задачи, например обслуживание блока,
программного управления.
Производительность при коммутации можно повысить, осуществляя ее по
группам битов (табл. 1 в [2.8]), а также за счет применения
быстродействующего регистра соединений, который имеется в составе оборудования только при
временной коммутации каналов [2.9].
В целом по мере дальнейшего развития коммутационных систем задачи
предварительной обработки во все большей степени возлагаются на
периферийное оборудование, оснащенное микропроцессорами [2.8], и для всей аппаратуры
от малых устройств до весьма крупных установок, возрастающее значение
приобретает модульный принцип построения.
Оборудование коммутации каналов в частных сетях передачи
данных. В частных сетях передачи данных некоторые функции,
например начисление абонентской платы, могут оказаться
ненужными, а многообразие различных классов (по причинам,
связанным с полномочиями абонентов или такими техническими
признаками, как скорость передачи или метод синхронизации), даже если
оно и существует, значительно меньше, чем в сетях общего
пользования. Не последнюю роль играет и то, что при этом меньше и
число линий, подключаемых к коммутационному узлу. Поэтому
удельный вес затрат на централизованное оборудование
получается более высоким и всякий раз необходимо тщательно
анализировать, не окажется ли организация частной сети передачи данных
менее выгодной, чем выделение закрытых категорий абонентов в-
сети общего пользования (см. разд. 3.2.3).
В частных сетях передачи данных коммутационное
оборудование часто бывает связано посредством нескольких соединительных
линий с сетью передачи данных общего пользования; такого рода
оборудование называют вспомогательным (добавочным). Приве*
дем здесь только один пример подобного оборудования (рис. 2.6)..
КС
мк ^|—
_| —|—' ср
' ск V
РИ
ел
ЦУУ
Рис. 2.6. Пример схемы вспомогательного коммутационного оборудования с:
централизованным управлением и пространственным разделением каналов:
^£1 — абонентская линия; АК — абонентский комплект; КС — коммутационная схема- МК—
местный комплект (соединительный комплект); СР —схема соединения регистров- РИ
—регистр (ЗУ) искания; СК — станционный комплект; СЛ — соединительная линия', ведущая
к коммутационному узлу («станции») сети передачи данных общего пользования; ЦУУ —
центральное управляющее устройство; ( — многократное включение
Речь идет об оборудовании, которое весьма сходно с
показанным на рис. 2.2. Оно имеет централизованное управление,
работает по принципу пространственной коммутации каналов и также
рассчитано на скорости передачи до 2400 бит/с [2.11].
Коммутант
дионная схема является трехзвенной, коммутаторы построены на
реле. Допускается подключение максимум 400 абонентских и 66
соединительных линий, ведущих к одному или нескольким
вышестоящим узлам коммутации.
Абонентские комплекты обеспечивают распознавание вызовов
и опрос состояний линий. Соединения в пределах вспомогательной
■сети устанавливаются с помощью местных комплектов, входящие
и исходящие соединения с вышестоящими узлами коммутации — с
помощью станционных комплектов. Местные комплекты
соответствуют показанным на рис. 2.3 соединительным комплектам,
станционные комплекты — комплектам соединительных линий. Регистры
искания, связанные с комплектами через однозвенную
коммутационную схему, служат для приема адресной информации и ее
передачи на централизованное управляющее устройство. Управление
осуществляется Йо принципу постоянных функциональных связей,
но с некоторыми возможностями изменения структуры,
аналогичными описанным в примере 1.
2.1.1.2. КОНЦЕНТРАТОРЫ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Среди различных устройств коммутации каналов
концентраторы в силу своего назначения — объединять (концентрировать) в
нескольких линиях нагрузку от большого числа других линий —
образуют особую группу и поэтому требуют отдельного описания.
К применению концентраторов прибегают в тех случаях, когда к
коммутационному узлу или центральной оконечной установке
передачи данных необходимо подключить ряд периферийных
оконечных установок с низкой интенсивностью нагрузки (см. рис. 2.1) и
когда обмен между ними невелик или отсутствует. Концентрация,
вообще, возможна только при низкой интенсивности нагрузки, так
как число соединений не может превышать числа соединительных
линий. Концентрацию нагрузки не следует смешивать с
многоканальной связью, при которой индивидуальные каналы, например
•абонентские линии, объединяются таким образом, что все они
могут быть занятыми одновременно. Концентраторы обычно
используют тогда, когда к центральной оконечной установке нужно
подключить несколько удаленных периферийных установок,
располагающихся близко друг от друга, или когда сам принцип действия
я устройство этой установки таковы, что желательно вместо
большого числа абонентских линий подвести к ней несколько
соединительных линий.
Концентраторы с коммутацией каналов в сетях общего
пользования. На рис. 2.1 показаны два возможных способа включения
концентраторов; в сетях передачи данных общего пользования
концентраторы всегда работают во взаимодействии с вышестоящими
узлами коммутации (см. рис. 2.1а).
118
Особенности выполняемых концентраторами задач таковы, что
некоторые коммутационные функции, например выбор
направления при установлении соединения со стороны одной из оконечных
установок, отпадают с самого начала. Кроме того, часть
коммутационных функций может возлагаться на вышестоящий узел
коммутации, если за счет этого удается упростить концентратор. К
числу подобных функций относятся, например, начисление
абонентской платы или организации специальных услуг, в частности
сокращенного вызова (см. разд. 3.2.3). Такое перераспределение
функций связано, например, с расширением сигнализации,
поскольку вышестоящий узел коммутации должен получить адрес
вызывающей оконечной установки (т. е. установки, от которой
поступило требование соединения).
В силу специфики своих задач концентраторы отличаются от
других видов коммутационного оборудования еще и тем, что
обычно количество подключаемых линий у них существенно меньше. У
некоторых концентраторов максимальное количество линий,
подводимых от оконечных установок, составляет лишь несколько
десятков. При столь малом числе абонентских линий дублирование
центральных блоков в концентраторах, в отличие от других видов
коммутационного оборудования, обычно не предусматривается.
В общем несмотря на некоторую разницу в выполняемых
задачах и характеристиках по своему принципу построения
концентраторы лишь незначительно отличаются от других
коммутационных устройств. Ниже будут рассмотрены только такие примеры
использования концентраторов, в которых специфика их задач-
проявляется наиболее отчетливо.
Одно из простейших технических решений — включение перед вышестоящим'
узлом коммутации дополнительного концентратора зеркально по отношению к
первому (рис. 2.7). Обмен адресами вызывающей и вызываемой оконечных уста-
Рис. 2.7. Схема «зеркального»
включения двух концентраторов:
К — концентратор; КЦС — коицентра-
торная ступень; КУ — коммутационный
узел
новок в данном случае происходит только между концентраторами; для
вышестоящего узла коммутации подключенные таким способом установки не
отличаются от подключенных непосредственно, напрямую. При этом концентраторы и
вышестоящие узлы действуют независимо друг от друга; тем не менее из-за
высоких затрат для описываемых ниже концентраторов такая схема включения
не используется.
В качестве второго примера рассмотрим концентратор, который связан с
вышестоящим узлом коммутации не только соединительной линией, но и линией
управления (рис. 2.8, [2.12]). Если со стороны одной из оконечных установок
начат процесс соединения, то на абонентский комплект поступает сигнал вызова,
после чего информация об этом и адрес вызывающей установки по линии уп-
119
равления передаются в вышестоящий узел коммутации. После коммутации в
концентраторе (на рис. 2.8 в качестве примера показана пространственная
коммутация) оконечная установка и коммутационный узел могут непосредственно
обмениваться сигналами управления, необходимыми для установления соедине-
.ния. Контроль за соединениями нужно осуществлять только в вышестоящем .уз-
Рис. 2.8. Пример
телеуправляемого концентратора (с
пространственной коммутацией каналов):
АЛ — абонентская линия; АК —
абонентский комплект; КС —
коммутационная схема; ЦУУ — центральное
управляющее устройство; СЛ —
соединительная линия; ЛУ — линия управления;
КУ — вышестоящий коммутационный
узел
ле коммутации; информация о приеме сигнала отбоя для того или иного
соединения поступает на концентратор по линии управления. Производительность
такого телеуправляемого концентратора при установлении и разъединении со-
•единений в основном определяется производительностью управляющего узла
коммутации и пропускной способностью линии управления. Последняя, вообще
говоря, должна иметь значительно более высокую пропускную способность, чем
каждая из абонентских линий.
И наконец, концентратор может быть реализован как обособленная часть
вышестоящего узла ^коммутации, относящаяся к некоторой группе оконечных
установок. Подобный концентратор описан в [2.13]. По соединительным
линиям между концентратором и узлом коммутации передается такая же
информация, как и по цепям внутреннего стыка между кодовым преобразователем
-ввода—вывода и устройством управления процессом передачи в узле
коммутации (рис. 2.9). Так, например, для коммутации с временным разделением кана-
Рис. 2.9. Пример кон-
•центратора, являющегося
, обособленной частью
коммутационного узла
(с временной
коммутацией каналов):
АЛ —i абонентская линия;
К — концентратор; СЛ —
соединительная линия; ГПС —
группа подключения
системы; КПВВ — кодовый,
преобразователь ввода —
вывода; Прд/Прм — приемное и
передающее устройство {с
■буфером); БУП — блок
управления процессом
передачи; КУ — вышестоящий
коммутационный узел
лов необходима информация об изменениях полярности сигналов и адресах ли-
■нии, по которым они принимаются или передаются. Поскольку пропускная
способность соединительных линий намного ниже, чем цепей внутреннего стыка, то
для передаваемой через коммутационный узел информации должно быть
предусмотрено буферное устройство.
Описанный способ реализации концентратора применим как при
коммутации значащих моментов, так и при коммутации групп битов. Концентратор"
обрабатывает их независимо от того, относятся ли они к сигналам управления или
к передаваемым данным, поэтому установление соединения является задачей
исключительно вышестоящего узла коммутации. Производительность концентра-
торов при коммутации .каналов зависит в первую очередь от пропускной
способности соединительных линий, которая должна быть значительно выше, чем у
абонентских линий.
Концентраторы с коммутацией каналов в частных сетях.
Способы применения концентраторов в частных сетях передачи
данных, в принципе, могут быть такими же, как и в сетях общего
пользования. Рассмотрим, однако, лишь способ, характерный
исключительно для частных сетей, при котором концентраторы
включены по схеме рис. 2.16 между периферийными оконечными
установками и центральной установкой, которая обычно
содержит аппаратуру обработки данных (ЭВМ).
В большинстве случаев в таких сетях для передачи служебных
сигналов между центральной и периферийными оконечными
установками применяется та же процедура, что и для передачи
данных. Следовательно, эта процедура может использоваться и для.
обмена информацией с концентратором, так что между
процессом установления и разъединения соединения, управляемым в
рамках сигнализации, и процессом организации обмена основной
информацией в рамках процедуры передачи данных нет строгого'
разделения. Примером может служить выбор определенной
оконечной установки при установлении соединения со стороны
центральной оконечной установки: вместо знаков набора номера,
относящихся к сигнализации, на концентратор можно передать
адрес оконечной установки в рамках процедуры передачи данных.
Другой пример — разъединение соединения после получения
специального знака управления вместо сигнала отбоя.
С помощью концентраторов, включенных так, как показано на
рис. 2.16, можно осуществлять коммутацию с пространственным-
или временным разделением каналов. Максимальное число
подключаемых линий составляет при этом несколько десятков. Если
соединения устанавливаются только со стороны периферийных
абонентов, техническая реализация управляющих устройств
концентратора сказывается особенно простой, поскольку в этом
случае концентратор не должен обрабатывать никакой адресной
информации.
Рассмотрим один из концентраторов с пространственной коммутацией
каналов {2.14]. Он предназначен для частных сетей передачи данных со скоростями
до 4800 бит/с и рассчитан на использование определенных процедур передачи,
данных между периферийными и центральной оконечными установками. К
этому концентратору (рис. 2.10) может подключаться до 60 абонентских и 4
соединительных линий. Поскольку число точек коммутации невелико, выбрана одно-
звепная коммутационная схема на электронных элементах. Линейные
комплекты обеспечивают прием вызовов от оконечных установок. Центральный задат-
чик передает поступившие вызовы далее, однако главное его назначение
заключается в управлении последовательностью обработки вызовов и временной
координации всех процессов управления. В остальном работа концентратора
определяется сигналами управляющих устройств, установленных по одному на каждую-
соединительную линию (см. рис. 2.10). Если соединения устанавливаются и со
121
стороны центральной оконечной установки, то эти устройства принимают и
обрабатывают адреса оконечных установок. Кроме того, в их задачи входит
управление коммутационным блоком, передача сигналов управления, и, наконец,
контроль соединения; после получения знака окончания процедуры передачи
данных соединение разъединяется.
Вместо абонентских линий к концентратору могут подключаться
соединительные линии от других таких же концентраторов, т. е. концентрация может
■быть двухступенчатой. В этом случае вышестоящий концентратор должен иметь
■в своем составе дополнительное, не показанное на рис. 2.10, централизованное
управляющее устройство, обеспечивающее обслуживание вызовов от всех
оконечных установок независимо от того, подключены ли они к нижестоящему или
вышестоящему концентратору.
АЛ
ЛК
КС
цз
Т
УУ
3^
ел
2.1.1.3. ОБОРУДОВАНИЕ КОММУТАЦИИ СООБЩЕНИИ
О сущности метода коммутации сообщений и его особенностях
по сравнению с коммутацией каналов уже говорилось ранее (см.
том 1, разд. 6.1:2.2). Помимо того что этот метод позволяет
лучше использовать соединительные линии и осуществлять
преобразование кодов и скоростей,
применительно к частным сетям передачи данных
он представляет особый интерес еще и
потому, что дает возможность простым
способом различать сообщения по их
приоритетам или передавать их
одновременно нескольким оконечным установкам
(вести циркулярную передачу). Кроме
того, метод коммутации сообщений
обеспечивает некоторую разгрузку
центральных оконечных установок, подключенных
к сети передачи данных (например,
аппаратуры обработки данных), от функций
управления, и притом не только за счет
меньшего числа абонентских вводов на
центральной установке: в этом случае
узел коммутации сообщений может
приспосабливать хранящиеся в памяти и подлежащие передаче данные
(например, по используемой скорости или процедуре передачи) к
режиму работы центральной установки. И наконец, необходимо
отметить, что узлы коммутации сообщений могут осуществлять и
некоторую предварительную обработку данных.
До последнего времени метод коммутации сообщений
применялся только б частных сетях передачи данных. Однако в
настоящее время в форме одной из своих разновидностей (метода
пакетной коммутации) он получил распространение и в сетях общего
пользования.
Для промежуточного хранения сообщений в старом
коммутационном оборудовании используются перфоленты. Такое оборудо-
122
Рис. 2.10. Пример
концентратора для частной
сети передачи данных с
пространственной
коммутацией каналов:
АЛ — абонентская линия;
ЛК — линейный комплект;
КС — коммутационная
схема;; УУ — управляющие
устройства соединительных ли-
■ ний; СЛ — соединительная
линия; ЦЗ — центральный
задатчик; | —
многократное включение
вание в основном состоит из устройств для приема сообщений и
нанесения перфорации на ленту, для распределения,
промежуточного хранения этих перфолент и считывания с них информации, а
также из передающих устройств. Позднее было разработано
оборудование с записью информации на другие носители, например-
магнитные ленты, и оборудование с централизованным
управлением [2.16].
Вводимые в настоящее время в действие новые узлы
коммутации сообщений, в том числе и те, что предназначены для сетей
с пакетной коммутацией, всегда оснащены аппаратурой
обработки данных, которая либо приспособлена к задачам коммутации,
либо вообще, разработана специально для этой цели [2.17, 2.18].
Как процедуры, с помощью которых регулируется передача
сообщений или их частей в процессе коммутации, так и управление
потоками данных в сети в целом наиболее эффективно
реализуемы с применением ЭВМ. Характерными особенностями
вычислительных систем, специально разработанных для задач
коммутации, является наличие структуры типа «общая шина» и
использование микропроцессоров [2.15, 2.19]. Такие системы позволяют
обрабатывать примерно до 1000 пакетов в секунду.
Оборудование, разработанное для коммутации сообщений,
при соответствующей его модификации применимо и для
коммутации каналов. Так, например, описанная в [2.20] система
коммутации сообщений может использоваться и для коммутации
каналов, в том числе временной коммутации по знакам (группам
битов). И наоборот, каждая система коммутации каналов, в
которой при переключении осуществляется кратковременное
промежуточное хранение данных, в принципе, пригодна для
коммутации сообщений. Это справедливо, в частности, для систем,
описанных в [2.7]. Интересным примером сочетания коммутации
каналов и сообщений является дополнительное оборудование для
передачи текстовой информации [2.21], в котором промежуточное
хранение данных, помимо его чисто коммутационных функций,
имеет целью помочь пользователю при обработке передаваемого
сообщения.
Принцип построения оборудования коммутации сообщений. В
узлах коммутации сообщений максимальное количество
подключаемых линий существенно меньше, чем в узлах коммутации
каналов. Имеются узлы всего с 12 линиями, однако наиболее
характерным является полное число подключаемых линий порядка
нескольких сотен, причем обычно исходят из того, что только на
некоторой части линий передача ведется со средними скоростями, на
остальных же, составляющих большинство, — с низкими
скоростями, не превышающими 200 бит/с. В час наибольшей нагрузки
(см. том 1, разд. 6.2.4.1) считают типичными передачу и прием
12»
нескольких тысяч знаков в секунду. В этот час время ожидания
оказывается обычно более длительным, поэтому может
потребоваться промежуточное запоминающее устройство (ЗУ) емкостью
порядка 108 бит и выше. В качестве такого устройства
используются ЗУ на магнитных барабанах и дисках. Если, кроме того,
сообщение должно длительно храниться в архивных целях,
например для контроля при возникновении ошибок, то требуются ЗУ
еще большей емкости; для этой цели обычно применяют
магнитную ленту.
Схема узла коммутации сообщений, имеющего среднюю
величину показана на рис. 2.11 [2.22]. Узел позволяет обслуживать до
БУЛК+- ЦБ
БУДП
Рис. 2.11. Пример
оборудования коммутации сообщений:
БПЛ — блок подключения линий;
|— 1 j.—, -■—у Б — буфер; ЛК — линейный комп-
—] БУЛП ^Г"^""^ лект; БУЛК — блок управления ли-
*^0-0 He™bIMH комплектами; ЦБ — цеи-
ч_г^а* тральный блок; БУДП — блок
управления дисковой памятью (ЗУ на
дисках); БУЛП — блок управления
памятью (ЗУ) на магнитной ленте
240 линий с низкой или средней скоростью передачи.
Взаимодействие с ними обеспечивает блок подключения линий, который
содержит до четырех линейных комплектов, каждый из которых
рассчитан на 60 линий. Центральный блок — ядро
коммутационного узла — включает в себя, наряду с центральным процессором,
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Для
кратковременного промежуточного хранения сообщений (на время от
нескольких минут до нескольких часов) служат ЗУ на магнитных дисках,
а для более длительной их записи — магнитная лента. Чтобы
снизить опасность общего отказа, оборудование дублируют (на рис.
2.11 это не отражено), причем один комплект оборудования
является основным, ведущим, а второй — резервным. Рассмотрим
такой вид дублирования подробнее на примере схемы, показанной
на рис. 2.12.
В состав изображенного на схеме оборудования [2.19] входит
до семи блоков подключения линий, каждый из которых в
зависимости от варианта исполнения рассчитан на подключение 125
низкоскоростных (до 200 бит/с) или 30 среднескоростных (от
600 до 4800 бит/с) линий. Речь идет, таким образом, о довольно
крупном коммутационном узле. Центральные части блоков
подключения линий, например устройства управления передачей
данных, а также центральный процессор с ОЗУ и некоторые
другие устройства и приборы дублируются. В показанном на рис.
2.12 варианте исполнения в' число последних входит, например,
:!24
ЗУ на магнитном барабане, которое служит для
кратковременного промежуточного хранения сообщений. На одну из частей систе-
М^дНЗ
БУЛПЮ.
>ЧБУБПЬЙ
Рис. 2.12. Пример оборудования коммутации сообщений- с резервированием
блоков:
БПЛ — блок подключения линий; БУЛ — блок управления линиями; УУПД — устройство
управления передачей данных; ЛК — линейный комплект; БУВВ — блок управления вводом—
выводом; БУЦП — блок управления центральным процессором; ЦП — центральный процессор;
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; БУБП — блок управления памятью (ЗУ) на
магнитном барабане; БУЛП — блок управления памятью (ЗУ) на магнитной ленте
мы возложены задачи коммутации сообщений; вторая часть, хотя
тоже принимает сообщения, в остальном осуществляется
контрольные и другие вспомогательные функции.
2.1.1.4. КОНЦЕНТРАТОРЫ С КОММУТАЦИЕЙ СООБЩЕНИИ
По своим основным техническим задачам концентраторы
рассматриваемого типа [2.23] не отличаются от других видов
оборудования коммутации сообщений. Однако число подключаемых
линий у них обычно меньше и к дублированию оборудования не
прибегают. Взаимодействие концентраторов с центральной
установкой, например с имеющейся в ее составе аппаратурой
обработки данных, а также с периферийными оконечными
установками, регулируется в рамках процедур передачи данных.
2.1.2. ОБОРУДОВАНИЕ НЕКОММУТИРУЕМЫХ УЗЛОВ СЕТИ
В некоммутируемом узле сети подведенные к нему линии
постоянно соединены друг с другом. По окончании обмена данными
соединение в узле связи не разъединяется, а перед началом
нового обмена не устанавливается заново. Иначе говоря, данные,
125
поступающие по какой-либо из линий, всегда передаются далее
на соединенную с ней другую линию. Какие оконечные
установки могут вести передачу данных и для какой (или каких) из
оконечных установок эти данные предназначаются, определяется
процедурой передачи, в соответствии с которой работают АПД.
При реализации некоммутируемых узлов сети в основном
возможны два пути [2.24]. Если линии подключены к узлам сети с
помощью АПД (рис. 2.13а), то в этом случае используются такие
оод
1 л п л
+ АПД
АПД
4{сП
J- АПД-"
+ АПД-
' ^^Н-^
АПД-)-
оод
оод
шд + оод
1 * 1
оод
АПД
^^-
l^-^-^"^
АПД--
ООД
Г-« АПД-1
ООД
ШД \ ООД
6)
Рис. 2.13. Некоммутируемая сеть:
а) со стыковым распределителем СР; б) с раэветвителем линий РЛ; ООД —
оконечное оборудование данных; АПД — аппаратура передачи данных;
стык между ООД и АПД
же стыки, как между АПД и ООД; требуемые при этом
устройства называют стыковыми распределителями. Второй путь
заключается в соединении линий между собой без участия АПД
(рис. 2.136); для этого используют разветвители линий.
2.1.2.1. СТЫКОВОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ
В стыковом распределителе (рис. 2.14) отдельные стыки
соединены между собой таким образом, что от одного из них (на
рис. 2.14—от стыка С) сигналы всегда передаются на все
остальные стыки (С1, ..., С4), а от каждого из них-—только на первый
стык. До сих пор применялся только распределитель,
рассчитанный на стыки, которые соответствуют Рекомендации МККТТ
V.24. В синхронном режиме для устранения различий в тактах
при передаче от одного из параллельно включенных стыков к
одиночному служит специальное устройство.
Прежде всего имеется возможность от стыка одного ООД
сделать ответвления к нескольким АПД. В качестве ООД в этом
случае обычно выступает аппаратура обработки данных, работаю-
126
щая совместно со многими другими оконечными установками
(рис. 2.15а), поэтому при таком виде подключения необходим
только один стык. Аппаратура обработки данных ведет передачу
одновременно на все соединенные с
ней оконечные установки, в то вре- |
мя как последние могут работать на
передачу только поочередно в ответ
на вызов.
Обратное включение, т. е.
ответвление от стыка одной АПД ко
многим ООД, применяется в тех
случаях, когда несколько ООД,
расположенных по соседству друг с другом,
подсоединяются к сети передачи
данных через общую абонентскую
линию (рис. 2.156). При этом ООД
также могут вести передачу лишь
поочередно.
Стыковые распределители можно
включать последовательно, а со
стороны ответвленных стыков
допускается параллельное включение АПД и ООД (рис. 2.15е). Поскольку
нет необходимости согласовывать аппаратуру передачи данных
одного участка с АПД второго участка, то можно использовать (осо-
Рис. 2..14.
хождения
Направления
сигналов через
про-
сты-
ковыи распределитель
Рис. 2.15. Примеры применения стыковых
распределителей (СР):
ООД — оконечное оборудование данных; АПД — аппаратура
передачи данных; АОД — аппаратура обработки данных
бенно если в распоряжении имеются каналы различных видов)
наиболее выгодные типы АПД, например наряду с модемами для
низкочастотных кабелей — модемы для каналов ТЧ (см. разд. 1.3).
2.1.2.2. РАЗВЕТВИТЕЛЬ ЛИНИИ
Разветвитель линий в простейшем случае (когда имеется двух-
проводный тракт) позволяет соединить линии передачи между
собой таким образом, что данные, поступающие на одну линию,
127
передаются на все остальные. Однако при, четырехпроводном
соединительном тракте из-за необходимости включения усилителей
может получиться так, что данные будут передаваться от одной
определенной линии ко всем прочим, но от каждой из них — лишь
к одной линии, как при использовании стыкового распределителя.
В случае применения разветвителей линий, как и в системах с
распределителями, передачу может вести только одна из
подключенных к сети оконечных установок.
Для построения некоммутируемой сети с разветвителями
линий, рассчитанной на подключение п оконечных установок,
требуется равно п АПД. Все они должны быть совместимы друг с
другом (в отличие от сети со стыковыми распределителями, в
которой такое требование предъявляется только к двум АПД одного
участка).
2.2. КОММУТАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ОКОНЕЧНЫХ
УСТАНОВОК ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
В коммутируемых сетях передачи данных часть задач по
соединению и разъединению абонентов возлагается и на оконечные
установки, а именно, на входящие в их состав ООД (здесь не
рассматриваемые) и* вызывные приборы или приборы подключения*.
Распределение указанных функций между ними зависит в первую
очередь от стыка ООД с аппаратурой передачи данных (см. разд.
1.1.3). Стыки вызывных приборов (ВП) согласно Рекомендации
МККТТ V.24 таковы, что для этих приборов характерна высокая
степень участия в управлении установлением и разъединением
соединений. В противоположность этому Рекомендации Х.20 и Х.21
на стыки предусматривают, что коммутационные задачи
преимущественно или полностью возлагаются на ООД; в таких случаях
используются приборы подключения (ПП).
2.2.1. ВЫЗЫВНЫЕ ПРИБОРЫ *
2.2.1.1. ВЫЗЫВНЫЕ ПРИБОРЫ СО СТЫКОМ ПО РЕКОМЕНДАЦИИ МККТТ V.24
Рекомендация МККТТ V.24 на стыки между ООД и АПД, а
также другие Рекомендации, касающиеся стыков, направлены на
то, чтобы между ООД, установленным в различных пунктах,
можно было ввести обмен информацией независимо от вида сети
связи, т. е. используя как телефонные каналы и модемы, так и
аппаратуру сетей передачи данных. Поэтому вызывные приборы со
стыком, соответствующим Рекомендации МККТТ V.24, в основном
имеют целью согласовать процедуры в цепях стыка с сигнализа-
* См. сноску на с. 22. (Прим. ред.)
J28
цией, применяемой в абонентской линии сети передачи данных.
В асинхронных сетях передачи данных со скоростями до
2,4 кбит/с используются вызывные приборы, которые
преобразуют процессы в цепях стыков, предусмотренных Рекомендациями
МККТТ Х.20 бис и Х.21 бис и соответствующих стыкам по
Рекомендациям серии V (см. разд. 1.1.1), в сигнализацию
абонентских линий сети. Вызывной прибор передает или принимает
знаки управления, отвечающие состояниям цепей управления на
стыке, и на ООД по соответствующим цепям оповещения поступает
информация о состоянии соединительного тракта. Знаки набора
номера могут вводиться вручную, с помощью кнопочного
номеронабирателя, являющегося частью вызывного прибора, или
автоматически со стороны ООД через стык (в соответствии с
Рекомендацией МККТТ V.25). Вызов, отбой и соответствующие
подтверждения определены не как кодовые знаки, а как сигналы заданной
длительности с постоянной значащей позицией (см. разд. 1.1.3);
эти сигналы также могут передаваться и приниматься вызывным
прибором.
Еще одна, дополнительная задача появляется у вызывного
прибора, если передаваемые ООД данные нельзя
непосредственно отличить от сигналов управления и прежде всего or сигнала
отбоя. Такая ситуация возможна тогда, когда изохронные
сигналы данных содержат длинные последовательности битов
одинаковой позиции, похожие на сигнал отбоя. В этих случаях в
передающей оконечной установке должны быть приняты специальные
меры к тому, чтобы на этапе обмена данными вероятность
появления последовательностей битов одинаковой позиции была
крайне мала. Последнее может быть достигнуто за счет применения
скремблера (см. разд. 3.3.1.6), который по определенному
принципу перемешивает (скремблирует) данные, либо другим путем —
за счет регулярного (см. разд. 3.3.2.5) или нерегулярного
введения в передаваемую двоичную последовательность
дополнительных битов, нарушающих постоянство ее позиции. Вызывной
прибор принимающей оконечной установки должен осуществлять
обратные преобразования.
2.2.1.2. ВЫЗЫВНЫЕ ПРИБОРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ,
РАБОТАЮЩИХ ПО СЕТИ ТЕЛЕКС
Стык между ВП и ООД в сети Телекс стандартизован
Рекомендацией МККТТ S.16 (ранее V.11) и описан в разд. 1.1.2. При
этом установление соединения должно полностью, т. е. вплоть до
запроса автоответчика, осуществляться по правилам сети Телекс;
сигналом перехода к фазе обмена данными, согласно
Рекомендации МККТТ S.15 (ранее V.10), служит передаваемая в обоих
направлениях последовательность из четырех комбинаций № 19
Алфавита № 2 МККТТ (см. том 1, разд. 2.4.3.2).
5-ц 129
Соединение может устанавливаться двумя способами. Первый
из них предполагает, что наряду с ООД используется, как
обычно в сети Телекс, телеграфный аппарат, который также
подключен к вызывному прибору. После получения упомянутой выше
последовательности из четырех комбинаций № 19 в ВП происходит
переключение (вручную или автоматически) с телеграфного
аппарата на ООД. Условием автоматического переключения
является способность вызывного прибора распознавать эту
последовательность знаков. Такой метод аналогичен используемому при
передаче данных по телефонной сети без участия ООД в
установлении соединений (см. разд. 1.1.1.1). При втором методе ООД
всегда передает адресную информацию по специальным цепям стыка,
а телеграфный аппарат не используется; вызывной прибор
играет роль автоответчика телеграфного аппарата.
2.2.2. ПРИБОРЫ' ПОДКЛЮЧЕНИЯ *
При наличии стыков, предусмотренных Рекомендациями
ЖККТТ Х.20 и Х.21 (см. разд. 1.1.3) установлением и
разъединением соединений управляет ООД. Стыки для ООД, работающих
в стартстопном режиме, установлены Рекомендацией МККТТ
-Х.20, в синхренном режиме — Рекомендацией Х.21. В первом
•случае цепей управления и оповещания нет совсем, во втором —
имеется только по одной цепи. Поэтому в смысле технической
реализации приборы подключения проще, чем вызывные приборы.
2.2.2.1. ПРИБОРЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СО СТЫКОМ,
СООТВЕТСТВУЮЩИМ РЕКОМЕНДАЦИИ МККТТ X.20
В Рекомендации МККТТ Х.20 наряду со стыком между ООД
и АПД описана и система сигнализации, применяемая на
абонентских линиях, поскольку сигналы управления непосредственно
поступают на цепи передачи и приема данных (см. разд. 1.1.3.1).
При этом по мере возможности используются стартстопные знаки,
передаваемые со скоростью 200 бит/с (Рекомендация МККТТ
Х.1) кодом № 5 МККТТ (см. том 1, разд. 2.4.3.2). Аппаратура
передачи, т. е. прибор подключения, при установлении в
разъединении соединений никаких самостоятельных функций не выполняет.
2.2.2.2. ПРИБОРЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СО СТЫКОМ,
СООТВЕТСТВУЮЩИМ РЕКОМЕНДАЦИИ МККТТ Х.21
Синхронный режим работы требует, чтобы в фазе обмена
данными можно было передавать любую последовательность битов.
При этом сигналы управления нельзя непосредственно без допол-
* См. сноску на с. 22. {Прим, ред.)
130
нительных мер отличить от передаваемых данных. Поэтому
Рекомендацией МККТТ Х.21 кроме цепей стыка для передачи и
приема данных предусмотрено по одной цепи для управления и
оповещения, состояния которых позволяют различать между собой:
фазы покоя, установления соединения, обмена данными и
разъединения (см. разд. 1.1.3.2).
Для того чтобы между коммутационным узлом и прибором
подключения можно было передавать соответствующие сигналы
управления независимо от данных, в указанном приборе должно
быть предусмотрено дополнительное преобразование, в
результате которого, например, к передаваемым по абонентской линии
группам битов добавлялись бы управляющие биты (т. е.
происходило бы образование конвертов — см. разд. 3.3.2.5). Другая
возможность состоит в том, чтобы в фазе обмена данными
обеспечить смену полярностей сигнала в линии независимо от вида
передаваемой последовательности, например, с помощью скрембле-
ра, а для представления сигнализирующей информации
использовать длительные состояния одной полярности при отключенном
скремблере (см. разд. 3.3.1.6).
3. СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
8.1. ОБЗОР
3.1.1. ТРЕБОВАНИЯ К СЕТЯМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
При передаче телефонных сообщений абоненты предъявляют к
приемопередающей аппаратуре и коммутационному оборудованию
сети ограниченные и в основном единые требования. В
противоположность этому требования к сети связи со стороны абонентов,
ведущих обмен данными, характеризуются многообразием и
жесткостью, что обусловлено наличием большого числа
разновидностей системы телеобработки данных: диалоговых систем, систем
типа «запрос—ответ», систем сбора и распределения информации
(см. том 1, разд. 1.3, а также [3.1]).
Широта и многообразие этих требований привели к созданию
многочисленных частных сетей, рассчитанных на специальные
условия применения, поскольку сети общего пользования —
телефонная сеть и сеть Телекс — не могут удовлетворять всем
требованиям. Однако сети общего пользования (если, конечно, за счет
надлежащего выбора характеристик системы обеспечено
соответственно сети поставленным требованиям) имеют ряд преимуществ
по сравнению с частными сетями:
5* 13!
позволяют лучше использовать каналы связи, поскольку пучки
линий и коммутационные узлы используются большим числом
абонентов, пики нагрузки у которых не совпадают во времени;
по этой же причине в большей степени застрахованы от
перегрузок;
вследствие своей структуры, для которой характерна
избыточность, и благодаря применению централизованных устройств
контроля более надежны;
требуют менее дорогих абонентских устройств;
лучше приспособлены для расширения, а также
модификации оборудования, установленного у абонентов, например
увеличения числа абонентских линий или перехода на другие скорости
передачи.
Возможности организации обособленных сетей передачи
данных общего пользования для систем телеобработки данных
обсуждались на разных национальных и международных уровнях.
;При этом были выявлены требования абонентов к таким сетям и
?в соответствии с ними установлены характеризующие эти
сети признаки, которые включают в себя классы обслуживания
.абонентов, сетевые параметры и перечень услуг для абонентов.
Различные классы обслуживания абонентов предусмотрены в
сетях передачи данных вследствие разнообразия типов
оконечного оборудования и связанных с ним требований к сети.
Основными признаками, по которым осуществляется подразделение на
классы, являются режим работы (стартстопный, синхронный,
пакетный) и скорости передачи в фазе установления и
разъединения соединения, а также в фазе обмена данными (от 50 бит/с до
48 кбит/с).
Другими важными признаками, характеризующими сеть,
являются так называемые сетевые параметры*, состав которых для
сетей с коммутацией каналов и коммутацией пакетов неодинаков.
В качестве примеров для первого типа сетей можно назвать
независимость передачи от последовательности битов при
использовании синхронных ООД и пригодность соединительного
тракта для дуплексной передачи. Сети с пакетной коммутацией
характеризуются параметрами управления потоком и коррекции
ошибок с помощью сети.
Кроме этих общих признаков, особое значение придается
услугам, которые облегчают абонентам организацию
взаимодействия оконечного оборудования данных с сетью и с ООД других
оконечных установок. В качестве примеров таких услуг можно
привести прямой вызов и образование закрытых категорий або-
* Под «сетевыми параметрами» в рамках Рекомендаций МККТТ серии
ХТ14*] понимаются не только числовые параметры сетей, но и некоторые их
качественные свойства и характеристики. (Прим. ред.)
132
нентов в сетях с коммутацией каналов, виртуальный вызов и
передачу датаграмм в сетях с пакетной коммутацией.
Наряду с указанными признаками важное значение имеют
стыки между ООД и сетью передачи данных. Эти стыки
являются границей сети, поэтому их электрические и функциональные
характеристики должны быть точно установлены (см. разд. 1.1).
3.1.2. СЕТИ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Хотя сети, которые должны удовлетворять перечисленным
требованиям, пока находятся лишь в стадии организации,
телеобработка данных уже получила распространение во всем мире,
поскольку, используя модемы, удалось приспособить для передачи
данных существующие широко разветвленные телефонные сети.
По соединительным трактам коммутируемых телефонных сетей в
настоящее время можно передавать данные со скоростями до
4800 бит/с (см. разд. 1.2). Скорости передачи по
некоммутируемым телефонным каналам достигают 9600 бит/с (см. разд. 1.3).
Таким образом, требованиям к сетям, которые используются в
системах телеобработки данных, в отношении скорости передачи
телефонные сети в основном соответствуют. Конечно,
коммутируемые телефонные сети не могут удовлетворить этим требованиям
во всей их полноте прежде всего в отношении короткого
времени, отводимого на установление и разъединение соединений.
Если, однако, существенную роль играет широкая разветвленность,
телефонная сеть остается важной и незаменимой.
В этой связи необходимо обратить внимание на некоторые
возможности использования при передаче данных имеющихся
телефонных аппаратов и дополнительных приборов для внутренней
телефонной связи. Естественно использовать указанные средства
и для внутреннего обмена данными между человеком и ЭВМ.
Дополнительные телефонные приборы можно при этом
дооборудовать таким образом, что они будут хранить данные,
одновременно передаваемые различными абонентами, проверить их
правильность и поблочно передавать затем далее на ЭВМ [3.2]. В
качестве устройств ввода — вывода данных часто используются сами
телефонные аппараты: обслуживающий персонал вводит данные
с помощью кнопочного номеронабирателя и принимает
аналоговые сигналы (речевые или тональные служебные сигналы) на
слух через телефонный капсюль (см. разд. 1.2.2.2). Кроме того,
к телефонному аппарату для ввода данных может
подключаться, например, еще устройство для считывания данных с
документов или перфокарт; при подключении печатающего устройства
возможен документальный вывод данных [3.3].
Обособленные сети передачи данных могут строиться на
основе разных принципов, каждый из которых обладает преимущест-
133
вами в тех или иных условиях. Анализ этих принципов выявляет
прежде всего два семейства: коммутируемые и некоммутируемые
(узловые) сети.
Коммутируемые сети в свою очередь можно подразделить на
две группы: сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией
сообщений. Для обеих групп характерно, что соединения между
оконечными пунктами устанавливаются лишь на ограниченное
время; в сетях с коммутацией каналов устанавливаются сквозные
соединения на время передачи данных, в коммутационных узлах
сетей с коммутацией сообщений имеются промежуточные
запоминающие устройства и данные передаются по отдельным участкам
переприема от узла к узлу вплоть до принимающей оконечной
установки.
Различают два типа сетей с коммутацией каналов:
асинхронные и синхронные. В сети первого типа не задаются единые для
всей сети такты, а коммутационные и приемопередающие
устройства имеют самостоятельные, не. зависимые друг от друга
тактовые генераторы. В коммутационных узлах функции, связанные с
передачей информации и коммутацией, при этом обычно
разделены, благодаря чему достигается большая гибкость в выборе
коммутационной и приемопередающей аппаратуры и становится
возможной организация сетей передачи данных на базе имеющихся,
например, телексных сетей. Необходимо обратить внимание на
сложение краевых искажений, возникающих на отдельных
участках соединительного тракта при передаче и коммутации сигналов
в асинхронных сетях. Такое сложение имеет место всегда, когда
коммутационное оборудование и АПД работают в «прозрачных»
каналах (см. разд. 5.1). Если же используются синхронные
каналы, то должны быть приняты специальные меры к тому, чтобы
избежать проскальзывания битов [П*] при переходе от участка
к участку.
В синхронной сети все коммутационные и приемопередающие
устройства управляются одним тактовым сигналом, который
задает единый временной растр (систему тактовых точек) для всей
сети и синхронизирует все процессы. В данном случае искажения
уже не суммируются и проскальзывание битов принципиально не
возникает; облегчается применение систем передачи и
коммутации с временным разделением каналов; в коммутационных узлах
возможна частичная интеграция функций передачи и коммутации.
Среди сетей с коммутацией сообщений различают сети с
коммутацией полных сообщений (коммутацией с запоминанием)*, в
которых сообщения распределяются и передаются целиком, и сети
с пакетной коммутацией, в которых передача и распределение
* В отечественной литературе для этой разновидности рассматриваемого
типа сетей специального термина обычно не вводят, их называют просто сетями
с коммутацией сообщений. (Прим. ред.)
134
сообщений осуществляются по частям, так называемым пакетам.
Задержка во времени, которая имеет место в сетях с
коммутацией полных сообщений, для некоторых систем телеобработки
данных, например типа «запрос — ответ», слишком велика; сети
с пакетной коммутацией имеют более короткое время задержки,
а запоминающие устройства в узлах таких сетей могут иметь
меньшую емкость.
В некоммутируемых сетях, в отличие от коммутируемых,
никаких процессов переключения не происходит, поэтому в узлах
устанавливаются лишь такие устройства (разветвители линий и
стыковые распределители), которые постоянно соединяют между
собой либо подведенные к узлу линии, либо стыки оконечного
оборудования данных (см. разд. 2.1.2). В некоммутируемой сети в
каждый момент времени передачу может вести только одна
оконечная установка. Чтобы это условие соблюдалось, установлен
определенный порядок обмена, в ходе которого оконечные
установки вызываются для передачи и приема.
При обсуждении организации обособленных сетей передачи
данных всегда возникает вопрос относительно объединения
различных систем связи в одну универсальную сеть. Этот вопрос
ставится не в первый раз. Уже с давних пор каналы связи,
предназначенные для аналоговых сигналов (низкочастотные
кабели, телефонные каналы), используются для передачи как
речевых, так и телеграфных сигналов. При описанной выше передаче
данных по коммутируемым телефонным сетям все
коммутационное и приемопередающее оборудование телефонной связи
привлекается к обслуживанию передачи данных, хотя, конечно, оно не
удовлетворяет всем требованиям к оборудованию систем
телеобработки данных.
В настоящее время значительный прогресс в области
технологии цифровых систем привел к тому, что технические
преимущества, которые дает передача и коммутация сигналов и цифровой
форме, можно использовать и при передаче речи: организация
цифровых телефонных сетей с интеграцией коммутационной и
приемопередающей аппаратуры — IST-сетей (Integrated Switching
and Transmission), —теперь уже представляет интерес и с
экономической точки зрения. Поскольку можно построить такую
цифровую телефонную сеть, естественно возникает вопрос, нельзя
ли несколько различных видов связи, например передачу
сигналов речи, изображения и данных, объединить в рамках некоторой
универсальной цифровой сети связи — ISDN-сети (Integrated
Services Digital Network)* [3.4].
* В отечественной литературе принято все цифровые сети связи,
характеризующиеся наличием уровней интеграции, и, следовательно, оба упомянутых
типа сетей относить к интегральным цифровым сетям связи (ИЦСС); ISDN-сеть
иногда называют суперинтегральной сетью [11*, 21*]. {Прим. ред.)
135
Преимущества такого объединения заключаются прежде всего
в единообразии проектирования и изготовления аппаратуры
передачи и коммутации, а также в единообразии эксплуатации и
обслуживания различных систем связи. Конечно, имеются и
противоположные технические и экономические соображения, которые
говорят в пользу разделения различных сетей.
Требования, предъявляемые различными службами связи к
оборудованию универсальной сети, довольно сильно отличаются
друг от друга: для передачи данных необходимы разные скорости,
главным образом, в диапазоне от 50 до 9600 бит/с; телефонные
каналы требуют скорости 64 кбит/с, а телевизионные — 8 Мбит/с.
Количество вызовов в единицу времени, наблюдаемое у абонентов
системы передачи данных, существенно выше, чем у телефонных
абонентов, а длительность занятия, напротив, обычно короче.
Абоненты передачи данных требуют более короткого времени на
установление., и разъединение соединения, предъявляют более
высокие требования к доступности других абонентов и для них
желателен меньший коэффициент ошибок по битам. В этой связи
следует упомянуть также многочисленные услуги, которые
предоставляются абонентам современных сетей передачи данных.
Нет сомнения, что технически вполне возможно построить
сеть, которая.удовлетворяла бы этим разнообразным требованиям
различных служб связи. При этом, однако, придется примириться
с тем, что отдельные системы связи будут реализованы не так
экономично, как в специальных сетях.
Мнения ведомств связи и отдельных специалистов
относительно пользы и целесообразности организации цифровых сетей с
интеграцией различных видов связи в настоящее время весьма
противоречивы. Тем не менее все разделяют ту точку зрения, что
планирование и ведущаяся ныне разработка новых сетей связи
общего пользования, т. е. цифровых телефонных сетей и сетей
передачи данных, не должны закрывать пути к организации в
дальнейшем интегральных сетей. Поскольку, однако, нужно
постоянно вести работу по развитию и совершенствованию
существующих сетей применительно к новым потребностям и
техническим возможностям, то этот путь, несомненно, становится все
более сложным.
3.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ
По согласованию с поставщиками и пользователями систем
телеобработки данных МККТТ установлены три Рекомендации,
касающиеся характеристик сетей передачи данных общего
пользования. Рекомендация Х.1 [3.5] содержит соглашения о классах
обслуживания абонентов, в Рекомендации Х.95 указаны сетевые
136
параметры, а в Рекомендации Х.2[3.6] перечислены услуги,
предоставляемые абонентам.
3.2.1. КЛАССЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ
Для абонентов сетей передачи данных общего пользования
предусмотрено 11 классов обслуживания, которые в соответствии
с различными типами оконечного оборудования данных (старт-
стопное, синхронное и пакетное ООД) подразделены на три
группы. Каждая группа включает в себя несколько классов,
характеризующихся различными скоростями передачи данных (табл.
3.1).
Таблица 3.1
Классы обслуживания абонентов сетей передачи данных
общего пользования
Класс
Характеристики сигналов
передачи данных
фазе
Характеристики сигналов в фазе
установления и разъединения соединения
8
9
10
11
Стартстопное оконечное оборудование данных
300 бит/с: 11 элементов в старт-
стопном знаке
50—200 бит/с; 7,5—11 элементов
в стартстопном знаке
300 бит/с; И элементов в
стартстопном знаке; Алфавит № 5 МККТТ
200 бит/с; 11 элементов в
стартстопном знаке; Алфавит № 5 МККТТ
Синхронное оконечное оборудование данных
3
4
5
b
У
600 бит/с
2.4 кбит/с
4,8 кбит/с
9,6 кбит/с
48 кбит/с
600 бит/с
2,4 кбит/с
4.8 кбит/с
9,6 кбит/с
48 кбит/с
Алфавит № 5 МККТТ
2,4 кбит/с
4,8 кбит/с
9,6 кбит/с
48 кбит/с
Пакетное оконечное оборудование данных
2,4 кбит/с
4,8 кбит/с
9,6 кбит/с
48 кбит/с
Сигнализирующий пакет
3.2.1.1. КЛАССЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ
СО СТАРТСТОПНЫМ ОКОНЕЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ ДАННЫХ
Для абонентов, имеющих стартстопное оконечное
оборудование данных, предусмотрено два класса обслуживания. К классу
1 относят ООД, работающее в стартстопном режиме со
скоростью 300 бит/с и знаковым циклом из 11 единичных элементов
(один стартовый элемент, восемь информационных и два стоповых
элемента). В фазе установления соединения для обмена инфор-
137
мацией между абонентом и сетью передачи данных используются
стартстопные знаки, содержащие по 11 единичных элементов (в
соответствии с Алфавитом № 5 МККТТ — см. том 1, разд. 2.4.3.2)
и передаваемые со скоростью 300 бит/с.
Вопрос о том, следует ли относить к классу 1 стартстопное
ООД со скоростью 300 бит/с и десятью элементами в каждом
знаке (один стартовый, восемь информационных и один стоповый),
является дискуссионным. Действительно, включая эти типы ООД
в указанный класс, необходимо иметь в виду, что при знаках с
одним стоповым элементом в случае потери синхронизма по
знакам для его восстановления потребуется значительно больше
времени, чем при знаках с двумя стоповыми элементами в каждом.
В тех сетях передачи данных, которые имеют каналы с
формированием знаковых циклов (см. разд. 1.4.2.3), после потери
синхронизма по знакам необходимо заново синхронизировать не только
ООД, но и канальное оборудование, так что в целом время
вхождения в синхронизм может быть очень длительным.
Для стартстопных, типов ООД, у которых скорость работы
отличается от 300 бит/с, а число элементов в знаке не равно 11,
предусмотрен один общий класс обслуживания — класс 2. Этот
класс делится *на четыре подкласса, характеризующихся
следующими значениями скоростей и числом элементов в знаке: 50 бит/с
и 7,5 элементов; 100 бит/с и 7,5 элементов; ПО бит/с и 11
элементов; 134,5 бит/с и 9 элементов; 200 бит/с и 11 элементов.
В фазе установления соединения для класса 2 предписано
использовать стартстопные знаки с 11 элементами в каждом из
Алфавита № 5 МККТТ и скорость передачи 200 бит/с. Однако
некоторые ведомства связи допускают применение в указанной фазе
такой же скорости и знакового цикла, как и в фазе передачи
данных.
3.2.1.2. КЛАССЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ
С СИНХРОННЫМ ОКОНЕЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ ДАННЫХ
Классы обслуживания 3, 4, 5, 6, 7 охватывают абонентов,
имеющих оконечное оборудование данных, работающее в
синхронном режиме со скоростями соответственно 600 бит/с; 2,4; 4,8;
9,6 и 48 кбит/с.
В фазе передачи данных ООД, относящиеся к этим классам,
могут работать с любыми знаковыми циклами. В фазе
установления соединения для всех перечисленных классов используется
такая же скорость, как и в фазе передачи данных, при этом по-
прежнему используется Алфавит № 5 МККТТ, а знаки содержат
по восемь элементов (так как стартовый и стоповый элементы
при синхронной передаче отсутствуют).
138
3>2 1.3. КЛАССЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ
\ С ПАКЕТНЫМ ОКОНЕЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ ДАННЫХ
\ Оконечное оборудование, которое выдает и принимает данные
б форме пакетов (см. разд. 3.4.2) отнесено к классам
обслуживания 8, 9, 10, 11. Скорости передачи для этих классов равны
соответственно 2,4; 4,8; 9,6 и 48 кбит/с. Скорость передачи в фазе
установления соединения здесь также совпадает со скоростью в
фазе передачи данных. Информация, связанная с управлением
(сигнализацией), передается в форме служебных пакетов, которые
установлены Рекомендацией МККТТ Х.25.
Обслуживание абонентов сетей передачи данных общего
пользования может осуществляться и на основе других классов,
помимо рекомендованных МККТТ. Так, например, Почтовым
ведомством ФРГ сеть передачи данных и сеть Телекс, для которых
установлена скорость передачи 50 бит/с и знаки по 7,5 элементов из
Алфавита № 2, объединены в одну сеть [3.7]; в сетях Канады
и США предусмотрен отдельный класс для ООД синхронного
типа со скоростью передачи данных 56 кбит/с [3.8—3.10].
3.2.2. СЕТЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ *
Рассматриваемые параметры в первую очередь отражают
характерные особенности сетей, связанные с использованием их
в системах телеобработки данных. Правильный выбор этих
параметров является важной предпосылкой эффективного
функционирования таких систем.
3.2.2.1. ПАРАМЕТРЫ СЕТЕЙ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Перечисленные ниже параметры сетей с коммутацией каналов
в равной мере относятся и к некоммутируемым соединительным
трактам.
Синхронизация сети. В сети с коммутацией каналов ООД, относящееся к
кла-ссам 3—7, синхронизируется по элементам с помощью тактового
синхросигнала, поступающего через цепь стыка между ООД и АПД (см. разд. 1.1.3) и
задающего тактовый растр для принимаемых и передаваемых сигналов данных.
Некоторые ведомства связи считают желательным обеспечивать в своих
сетях помимо тактовой синхронизации еще и фазирование по знакам, которое
определяет восьмибнтовый знаковый растр.
Независимость от последовательности битов. В сетях с коммутацией
каналов обслуживание в соответствии с классами 3—7 предполагает, что в фазе
передачи данных допустимы произвольные последовательности битов. В этой
фазе такие последовательности, которые при установлении и разъединении
соединения связаны с процессами сигнализации, не оказывают влияния на сеть.
Таким образом, в фазе передачи данных па оконечное оборудование не
налагается никаких ограничений в отношении знакового цикла, кодов и вида
последовательностей знаков.
* См. сноску на с. 132. (Прим. ред.)
139
Прозрачность к скорости. В некоторых сетях с коммутацией каналов,
например в сети Почтового ведомства ФРГ [3.7], для оконечного оборудования
данных, относящегося к классу 3, в фазе передачи данных допускается работа
с произвольными скоростями в пределах от 50 до 200 бит/с. Сеть должна быть
в состоянии принять сигналы такого ООД, передать и выдать их получателю.
Сиимметрнчные дуплексные каналы. Сети с коммутацией каналов
предоставляют в распоряжение абонентов, относящихся к классам обслуживания 1—7,
дуплексные соединительные тракты с одинаковой скоростью передачи данных в
обоих направлениях. Это качество сети позволяет абонентам одновременно
вести передачу и прием данных.
Контрольное время. При установлении и разъединении соединений помехи,
действующие на линии между ООД и коммутационным узлом, в ООД или
самом коммутационном узле могут вызвать прерывание процесса сигнализации.
Для того чтобы можно было распознать такого рода прерывание, в сетях с
коммутацией каналов для коммутационных узлов и ООД установлено
контрольное время. Это время указывает самый поздний срок, когда на коммутационный
узел или ООД после передачи того или иного сигнала должен поступить ответ
с противоположной стороны. Так, например, коммутационный узел после
передачи сигнала готовности, т. е. приглашения к набору номера (см. разд. 1.1.3), в
течение заданного времени ожидает поступления от ООД знаков набора; в свою
очередь на ООД после передачи им знаков набора номера через определенное
время должно поступить извещение о соединении (рис. 3.1о).
По истечении контрольного времени коммутационный узел или
соответственно ООД осуществляет такие операции, которые приводят систему сигнализации
в однозначное состояние. В данном примере процесс установления соединения
прерывается и на противоположную сторону посылается сигнал, отбоя.
Контрольное время для коммутационного узла и ООД установлено при
обслуживании абонентов, относящихся ко всем классам, которые предусмотрены!
в сетйх с коммутацией каналов, т. е. к классам 1—7. Для классов I и 2 (т. е.
стартстопиого режима работы) оно указано в Рекомендации МККТТ Х.20 [3.11],
а для классов 3—7 (синхронного режима) — в Рекомендации Х.21 [3.12].
Время установления и разъединения соединения. К параметрам сети
относятся также время установления и время разъединения соединения. Временем
установления соединения в сети с коммутацией каналов называют время,
необходимое абоненту для того, чтобы установить соединение между оконечными
установками. В процессе установления соединения различают три этапа.
Первый этап начинается с посылки вызывающим абонентом сигнала вызова
и заканчивается получением им ответного сигнала станции (приглашения к
набору номера). Длительность этого этапа зависит от времени прохождения
сигнала по абонентской линии и от времени, которое требуется узлу
коммутации для распознавания сигнала вызова и подготовки к приему знаков набора.
Второй этап охватывает отрезок времени от получения ответа станции до
посылки заключительного знака набора. Длительность данного этапа
определяется числом знаков набора, скоростью, с которой они передаются в
коммутационный узел, и паузами между ними.
Третий этап включает в себя интервал времени от окончания передачи
знаков набора до получения вызывающим абонентом извещения о соединении. На
этом этапе по ступеням от одного коммутационного узла к другому вплоть до
вызываемого абонента устанавливается соединение. Длительность этого
процесса зависит от процедуры передачи сигналов управления (сигнализации) между
коммутационными узлами, вида и скорости внутренней обработки сигналов в
коммутационных узлах и количества коммутационных узлов в соединительном
тракте. Кроме того, она зависит от скорости и времени прохождения сигналов
по каналам связи, а также от времени срабатывания ООД вызываемого
абонента.
Время разъединения соединения — это время от начала сигнала отбоя до
окончания сигнала подтверждения отбоя. На сигнал отбоя, который посылается
140
оод
Кпммута
ционный
узел
Вызов
'
Приглашение к
набору
Знаки
набора
'
'
Извещение о
соединении
Установление соединении
Данные
,
Передача данных
Знак отГоя
'
'
Подтверждение отбоя
Разъединение соединении
оод
Коммута.
ционный
узел
б)
Пакет
набора
тверждение
Соедини -
тельный
пакет
тверждение
Установление соединения
Под-
тверж
дение
Пакет
подтверждения
отбоя
Передача данных
Разъединение соединения
оод
Коммутационный
узел
Пакет
данных
1
[
тверждение
Пакет
данных
1
ГО * !
*>
Время.
Риь. 6.1. Ход процесса передачи данных в случае одностороннего потока информации:
а) в сети с коммутацией каналов; б) в сети с пакетной коммутацией, виртуальный вызов; е) в сети
с пакетной коммутацией, датаграммз
со стороны разъединяющего абонента, коммутационные узлы и разъединяемый
абонент отвечают сигналом подтверждения отбоя. После передачи этого сигнала
сеть готова к приему нового вызова. Длительность разъединения соединения j в
■основном определяется временем распространения сигнала по каналу связи i и
временем распознавания сигналов отбоя и его подтверждения в
коммутационных узлах и у абонентов.
В сетях передачи данных с коммутацией каналов стремятся получить время
установления соединения в пределах от 10 мс до 1 с. Для сравнения укажем,
что время установления соединения в современных телефонных сетях .равно
10—100 с. Время разъединения соединения для рассматриваемых сетей
передачи данных должно быть в пределах от 100 мс до 1 с.
3.2.2.2. ПАРАМЕТРЫ СЕТЕЙ С ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИЕЙ
Синхронизация сети. В сетях с пакетной коммутацией (см. разд. 3.4.2), как
и в сетях с коммутацией каналов, для оконечного оборудования данных,
работающего в синхронном и пакетном режимах и относящегося соответственно к
классам обслуживания 3—7 и 8—11, предусмотрена тактовая синхронизация.
Кроме того, для восьмибитовых знаков некоторые ведомства связи вводят в
таких сетях и фазирование по знакам.
Формат пакета. Формат пакета характеризуется величиной и содержанием
поля управления и адресного поля, а также максимальной величиной поля
данных. Для разных фаз распределения данных в сетях с пакетной коммутацией
МККТТ установлены различные форматы. В качестве примеров можно назвать
форматы пакета для входящих н исходящих вызовов, пакета данных.
Подробные сведения о форматах пакетов приведены в Рекомендации Х.25 МККТТ.
Управление потоками. В сети с пакетной коммутацией осуществляется
управление потоками данных, которые поступают от оконечного оборудования,
относящегося к классам 8—11, т. е. работающего в пакетном режиме. Сеть
перестает принимать пакеты от ООД, ведущего передачу, если промежуточное
запоминающее устройство коммутационного узла занято или работающее на прием
ООД временно не может принимать пакеты. Передающая оконечная установка
етолучает разрешение на выдачу следующих пакетов только тогда, когда
коммутационный узел и оконечное оборудование получателя снова будут в состоянии
их принять.
Пока еще не ясно, каким способом в сети с пакетной коммутацией должно
происходить управление потоками данных, поступающими о г ООД,
относящегося к классам 1—7, т. е. ООД, в котором не используются пакеты.
Совместная работа ООД, относящихся к различным классам
обслуживания. Сети с пакетной коммутацией должны допускать совместную работу
оконечного оборудования данных, принадлежащего к различным классам. Чтобы
это требование могло быть выполнено, в сети должны быть предусмотрены
соответствующие преобразования скоростей передачи, режимов работы (старт-
стопный, синхронный), кодов, процедур передачи, форматов строк и т. п.
Однако МККТТ до сих пор еще не установил, какой объем преобразований, помимо
трансформации скоростей, следует возложить на сеть.
Коррекция ошибок. Ошибки, вызванные помехами при передаче, в сетях с
пакетной коммутацией автоматически корректируются. Оконечное оборудование,
работающее в пакетном режиме и относящееся к классам 8—11, при передаче
добавляет к пакетам проверочную последовательность знаков, которая позволяет
коммутационному узлу абонента распознать ошибку и послать запрос на
повторную передачу ошибочно принятого пакета. Такой метод применяется при
передаче пакетов от одного коммутационного узла к следующему, а также от
коммутационного узла пункта назначения к принимающей оконечной установке.
При использовании оконечного оборудования, относящегося к классам 1—7,
пакеты формируются только в коммутационном 5зле> поэтому обнаружение и
исправление ошибок со стороны сети в таких случаях осуществляется только
142
гпн передаче между коммутационными узлами, а не между этими узлами в
оконечными установками.
З.аЗ. УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ АБОНЕНТАМ
Услуги, которые в сетях передачи данных общего
пользования ^предоставляются абонентам, облегчают им обращение с
сетью и совместную работу с другими абонентами.
3.2.3.1. УСЛУГИ ДЛЯ АБОНЕНТОВ СЕТЕЙ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Прямой вызов. Эта услуга позволяет абоненту получить соединение с
другим заранее выбранным абонентом без набора номера: достаточно лишь послать
вызов, что осуществляется обычно нажатием на соответствующую клавишу.
Информация, необходимая для соединения, хранится в коммутационном узле, к
которому подключен абонент, имеющий возможность прямого вызова.
Используя адрес вызываемого абонента, содержащийся в запоминающем устройстве,
коммутационный узел после получения вызова устанавливает соединение
обычным способом.
Абонент, которому предоставлена возможность прямого вызова, имеет
обычный номер, аналогичный номерам остальных абонентов сети передачи данных,
и иа его доступность для вызова со стороны других абонентов эта услуга не
влияет.
На базе некоммутируемых каналов Почтовым ведомством ФРГ
организована сеть прямых соединений общего пользования для передачи дискретных
сообщений [3.13]. Линии, подключающие абонентов к сети прямых соединений,
называются главными абонентскими линиями (вводами) для прямого вызова. Эти
линии жестко связаны друг с другом и не имеют номеров для вызова. Они
рассчитаны на скорости передачи 50, 200, 1200, 2400, 4800, 9600 и 48000 бит/с.
Оконечное оборудование данных с такого рода абонентским вводом для прямого
вызова через другие абонентские стыки может быть подключено и к телефонной
сети общего пользования, сети Телекс или передачи данных, а также к
дополнительному телефонному оборудованию.
Закрытые категории абонентов. Другой важной услугой для абонентов
сетей общего пользования с коммутацией каналов является образование закрытых
категорий абонентов.* Всякий посторонний абонент, пытающийся установить
соязь с одним из абонентов такой закрытой категории, получает от сети отказ.
Образование закрытой категории абонентов дает возможность органам
власти, финансовым учреждениям, промышленным предприятиям и т. п.
использовать для сугубо внутреннего служебного обмена данными, доступ к которым
для посторонних должен быть закрыт, вместо частных сетей сеть общего
пользования.
Перечисленные услуги — прямой вызов и организация закрытых категорий
абонентов предусмотрены Рекомендацией МККТТ Х.2 для абонентов всех сетей
с коммутацией каналов общего пользования. Наряду с этими услугами, в
Рекомендации Х.2 указаны еще пять следующих, которые пока еще
предоставляются не во всех таких сетях.
Закрытые категории абонентов с доступом к открытой части сети. В то
время, как абоненты, относящиеся к закрытой категории, имеют доступ только
к абонентам своей категории (рис. 3.2, категория А), абоненты закрытой
категории с доступом к открытой части сети имеют право вызывать, кроме того, и
* Закрытые категории (или, дословно по оригиналу, классы), абонентоз
называют также замкнутыми группами [14*], однако такой вариант перевода
этого термина МККТТ в меньшей степени отражает его смысл. (Прим. ред.)
143
всех абонентов той части сети, которая открыта для общего пользования (рис.
3.2, категория Б), однако доступа к ним со стороны абонентов открытой части
иет. ' I
Идентификация вызывающего абонента. Вызываемый абонент,
пользующийся этой услугой, получает от сети справку о вызывающем абоненте. Такая
Направление
а ^ ф —=*- установления
^Р ^^ соединения
ф Абонент категории А
tf) Абонент категории В
Г~Л Абоненты части сети,
^ открытой для общего
пользования
Рис. 3.2. Возможности установления соединений
в сети передачи данных с закрытыми категориями
абонентов
идентификация вызывающего абонента состоит в указании его номера. Он
автоматически передается коммутационным узлом вызывающего абонента после
завершения установления соединения.
Благодаря такому опознавательному номеру вызываемый абонент
застрахован от возможности неправомочного получения от него информации. Поскольку
номер посылается Сетью, а не вызывающим абонентом, фальсификация
правомочности исключается.
Идентификация вызываемого абонента. При использовании такой услуги
вызывающий абонент получает от сети опознавательный код вызванного
абонента, содержащий его номер. Этот код передается коммутационным узлом
вызываемого абонента по окончании установления соединения и позволяет
вызывающему абоненту проверить, не допущена им или в сети ошибка при
установлении соединения. Тем самым исключается возможность передачи данных
другому абоненту вместо желаемого.
Сокращенный вызов. Услуга, называемая сокращенным вызовом или более
тс- -о вызовом по сокращенному адресу, позволяет устанавливать соединения с
а:')о-'р|Чтами заранее выбранной группы с помощью номеров, более коротких, чем
оймчнь-е. Информация о соответствии между сокращенными и полными
номерами хранится в коммутационном узле абонента с сокращенным вызовом. При
получении короткого номера (адреса) в коммутационном узле из
запоминающего устройства извлекается соответствующий полный номер и по нему
устанавливается соединение.
Многоадресные и циркулярные передачи. При многоадресной или
циркулярной передаче* сообщение вызывающего абонента направляется сетью на
несколько приемных установок, что освобождает абонента от большого числа
чистых процессов вызова и передачи. Для такого вида связи проводят различие
между набором с одиночными и групповыми адресами **.
В случае набора с одиночными адресами с помощью последовательности
номеров, содержащих отдельные адреса, могут быть вызваны любые абоненты.
При этом, в частности, возможно использование и сокращенных номеров.
* В оригинале для обоих понятий использован один общий термин, однако
в отечественной литературе между ними принято проводить различие: под
многоадресной понимают передачу, предназначенную одновременно нескольким
абонентам, а под циркулярной — всем абонентам сети [21*]. (Прим. ред.)
** При многоадресной связи набор с одиночными адресами называют
обычно выборочным, а с групповыми — схемным циркуляром [21*]. (Прим. ред.)
144
\ По системе групповых адресов вызывающий абонент с помощью одного
номера указывает на один из нескольких хранящихся в коммутационном узле
синсков, в который занесена определенная группа абонентов. Частным случаем
является прямой вызов, которому соответствует единственный список номеров.
\ Помимо установленных МККТТ услуг, в сетях общего
пользования с коммутацией каналов могут быть организованы и дру-
гие\услуги для абонентов. В качестве примера можно назвать
сообщение сведений о начислении абонентской платы. Абоненты,
пользующиеся такой услугой, после разъединения соединения
получают сведения об его оплате. Эти сведения передаются с
применением такой же скорости, знакового цикла и алфавита, как и
в фазе установления и разъединения соединения.
3.2.3.2. УСЛУГИ ДЛЯ АБОНЕНТОВ СЕТЕЙ С ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИЕЙ
Пакетирование и депакетирование. Стартстопное и синхронное оконечное
оборудование данных, относящееся соответственно к классам 1, 2 и 3—7, не в
состоянии передавать и принимать данные в форме пакетов. Чтобы сделать
возможным подключение таких видов ООД к сетям с пакетной коммутацией (см.
разд. 3.4.2), эти сети снабжаются устройствами, которые, во-первых,
объединяют поступающие от ООД классов 1—7 данные с добавлением необходимой
управляющей и контрольной информации в пакеты, применяемые в сети
(пакетирование), во-вторых, преобразуют данные, направляемые на ООД классов 1—7
в виде пакетов, обратно в форму, установленную для этих типов ООД
(депакетирование) .
Виртуальный вызов. При виртуальном вызове, который предусмотрен для
всех классов обслуживания абонентов (с 1-го по 11-й), в сети с пакетной
коммутацией различают три фазы сеанса связи: фазы установления соединения,
передачи данных и разъединения (рис. 3.16).
В фазе установления соединения на основе посланного вызывающим
абонентом адресного пакета («пакета набора») между вызывающим и вызываемым
абонентами организуется «виртуальное соединение». Коммутационные узлы, к
которым непосредственно подключены линии вызывающего и вызываемого
абонентов, резервируют ячейки памяти для числа пакетов, указанного в адресном
пакете.
В фазе передачи данных пакеты, поступающие от передающего ООД или
устройства пакетирования, заносятся в резервированные ячейки памяти. В том
случае, если пакеты из-за различия путей прохождения в сети (см. ниже рис.
3.15) поступили на коммутационный узел пункта назначения в неверной
последовательности, перед выдачей их на принимающее ООД или соответственно
устройство депакетирования они располагаются в надлежащем порядке.
Наряду с такой сортировкой пакетов коммутационные узлы пунктов назначения в
фазе передачи данных осуществляют также описанное выше (см. разд. 3.2.2.2)
управление потоками.
В фазе разъединения соединения резервирование ячеек памяти,
произведенное в коммутационном узле пункта назначения, снимается.
Постоянный виртуальный канал. Эта услуга, которая распространяется на
абонентов всех классов (с 1-го по 11-й), предусматривает организацию между
партнерами по связи постоянного канала (долговременного соединения).
Характеристики передачи по нему совпадают с характеристиками фазы передачи дан-
пых при виртуальном вызове; фазы установления и разъединения соединения
отсутствуют.
Закрытые категории абонентов. Как и в сетях общего пользования с
коммутацией каналов, в сетях с пакетной коммутацией предусмотрена возможность
выделения закрытых (замкнутых) категорий абонентов (см. разд. 3.2.3.1).
145
В рекомендации МККТТ Х.2 наряду с ранее описанными услугами, которые,
обязательны для всех сетей общего пользования с пакетной коммутацией, ука/
заны и другие, рассматриваемые ниже услуги, которые в число обязательных не
входят.
Датаграмма. При использовании этой услуги, которая предусмотрена
только для абонентов, относящихся к классам обслуживания 8—11, фазы
установления и разъединения соединения отсутствуют, как и при виртуальном вызове.
В сети с пакетной коммутацией каждый из поступающих от ООД пакетов
направляется на принимающее ООД непосредственно на основе адреса,
содержащегося в заголовке пакета (см. рис. 3.1в). При этом по сети передаются только
одиночные пакеты даже тогда, когда выдаваемое ООД сообщение превышает
максимальную длину пакета и поэтому представляется в виде нескольких
взаимосвязанных пакетов. После прохождения по сети разными путями с различной
задержкой во времени (см. ниже рис. 3.15) они могут поступить на
принимающее ООД в неверной последовательности. В таком случае на приеме пакеты
перед их обработкой должны сортироваться.
Закрытые категории абонентов с доступом к открытой части сети. Эта
услуга соответствует одноименной услуге, предоставляемой абонентам сетей с
коммутацией каналов (см. разд. 3.2.3.1).
Сокращенный вызов. Эта услуга также соответствует одноименной услуге
для абонентов сетей с коммутацией каналов (см. разд. 3.2.3.1).
3.3. СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
В сетях с коммутацией каналов между вызывающей и
вызываемой оконечными установками в течение всего времени
передачи имеется сквозное соединение (рис. 3.3). Соединительный тракт
| | Оконечная установка передачи данных
{_) Коммутационный узел
Рис. 3.3. Сегь с коммутацией каналов
состоит из ряда участков, которые в процессе установления
соединения включаются последовательно друг за другом. Он
является «прозрачным» в отношении кодов, используемых в оконечных
установках при передаче данных, и методов управления. Время
распространения сигнала данных по соединительному тракту
постоянно.
В сеансе связи различают три фазы: установление
соединения, передачу данных и разъединение соединения (см. рис. 3.1а).
Процессом установления соединения управляет вызывающая око-
146
\нечная установка, которая посылает в свой коммутационный узел
сигнал вызова, получает от узла ответный сигнал (приглашение
к набору номера) и вслед за этим передает в узел адресную
информацию (знаки набора номера). Коммутационный узел
обрабатывает эту информацию, занимает один из каналов в пучке,
ведущем к следующему коммутационному узлу, и передает
последнему знаки набора, необходимые для дальнейшего
установления соединения. Таким образом постепенно по участкам вплоть
до вызываемой оконечной установки образуется соединительный
тракт. После завершения этого процесса от сети на вызывающую
и вызываемую оконечные установки поступают сигналы,
извещающие о том, что соединение включено и готово к передаче данных.
С этого момента ход передачи данных определяется
оконечной установкой. В оконечной установке (автоматически или с
участием абонента) принимается решение о мерах, которые
необходимо принять для обнаружения и исправления ошибок передачи.
Меры могут быть различными в зависимости от тех или иных
условий работы.
Разъединение может быть начато любой из двух связанных
между собой оконечных установок с помощью сигнала отбоя. По
этому сигналу все коммутационные узлы, участвующие в
образовании соединительного тракта, отключают соединения.
Среди сетей передачи данных с коммутацией каналов
различают два типа: синхронные и асинхронные сети.
3.3.1. АСИНХРОННЫЕ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
3.3.1.1. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ АСИНХРОННЫХ СЕТЕЙ
В асинхронных сетях общая синхронизация по элементам
отсутствует и для сети не задаются единые «такты». Отдельные
АПД и коммутационные устройства имеют самостоятельные,
независимые друг от друга тактовые генераторы.
На рис. 3.4 схематически изображена структура такой сети с
оконечными установками, многоканальным оборудованием и
коммутационными узлами. Для связи оконечных установок с
коммутационными узлами используются абонентские линии и каналы
многоканальных систем. Коммутационные узлы соединены
между собой пучками каналов. Перед узлами пучки расщепляются на
отдельные каналы.
Расщепление допускает определенную свободу в организации
сети. Например, при передаче по линиям связи могут
применяться системы как частотного, так и временного разделения каналов
(см. разд. 1.4.2), в узлах сети может устанавливаться
аппаратура как пространственной, так и временной коммутации каналов
(см. том 1, разд. 6.1.3, а также [3.14]). Такая свобода в выборе
147
□ Оконечная установка передач^^дащЩ^-
, ' [> Аппаратура ЧРД< Я™ РЖ '*''"
Рнс. 3.4. Асинхронная сеть с коммутацией каналоЕ
Кйналообразующей и коммутационной аппаратуры необходима, в
частности, при организации телеграфной связи и передачи
данных по общей сети, когда в первую очередь должно
использоваться уже имеющееся оборудование телеграфной сети, например,
системы тонального телеграфирования (см, разд. 1.4.2.2). Тогда по
мере технических и экономических возможностей указанное
оборудование постепенно может дополняться или заменяться более
совершенным, окованным на новых разработках в области
техники связи.
Как показано на рис. 3.4, соединительный тракт между
вызывающей и вызываемой оконечными установками состоит из
нескольких участков, которые через коммутационные узлы
последовательно включены друг за другом. Так как каждый участок
тракта передачи и каждый коммутационный узел вносят свою
долю в общее искажение передаваемого сигнала данных, то
передачу и коммутацию необходимо осуществлять с возможно
меньшими искажениями.
Требование минимума искажений важно в первую очередь
для неизохронных сигналов, которые принципиально не
поддаются коррекции. Изохронные сигналы данных, напротив, могут
корректироваться на каждом участке тракта передачи и в
каждом коммутационном узле. В системах временного разделения,
имеющих синхронные каналы или каналы с образованием
знаковых циклов (см. разд. 1.4.2.3), коррекция осуществляется
автоматически. В системах частотного разделения, которые
допускают передачу с варьируемой скоростью, т. е. являются
«прозрачными» (см. 1.4.2.2) для коррекции необходимо устанавливать
дополнительные устройства. Однако из-за высоких затрат от этого
обычно отказываются, вследствие чего в таких случаях передача
и коммутация также должны осуществляться с возможно
меньшими искажениями.
148 '
3.3.1.2. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ВРК В АСИНХРОННЫХ СЕТЯХ
С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
. В асинхронной сети С коммутацией каналов каждая система
передачи с временным разделением (ВРК) имеет свой
собственный синхронизм, не зависимый от синхронизма других систем.
Вследствие этого тактовые частоты систем с ВРК различны, т. е.
соединительный тракт между абонентами состоит из участков с
не совсем одинаковыми скоростями передачи.
В системах с временным разделением синхронных каналов
(см. разд. 1.4.2.3), в которых каждому поступающему с ООД
биту ставится в соответствие один бит в групповом потоке, из-за
различия в скоростях передачи может возникнуть явление
проскальзывания сигналов с выпадением битов или добавлением
лишних. Это означает, что один из битов не передается далее»
так как следующая система имеет слишком низкую скорость
передачи, или, наоборот, какой-либо из битов оказывается
переданным повторно, так как следующая система имеет слишком
высокую скорость (рис. 3.5). Поэтому в системах с ВРК, работающих
а) -
6) -
--И 1 2| 3|4 |Б|1 |2 |3|4|5 | 1 | •--
\ 1 ^
--|1|2|3|4|5Ш2|ЗЦ4 5|1|2|3|4|Б|1|2|---
Время
Г> Аппаратура ВРК
3 Коммутационный узел
Рис. 3.5. проскальзывание битов в асинхронной сети с
коммутацией каналов
в асинхронных сетях с коммутацией каналов, необходимо
применять специальные способы выравнивания скоростей, при которых
за счет исключения или добавления согласующих («пустых»)
битов в каждом отдельном канале данных достигается согласование
со скоростью передачи по каналам соединительного тракта.
Иначе говоря, необходимы системы с временным разделением,
имеющие каналы с согласованием скоростей — стаффинговые каналы
(см. разд. 1.4.2.3).
С явлением проскальзывания битов следует считаться также
в случае применения систем временного разделения, имеющих
149
каналы с образованием знаковых циклов (см. разд. 1.4.2.3).
Такие системы должны выявлять знаковые циклы и устранять
расхождения скоростей между каналами данных путем укорочения
или удлинения стопового элемента.
В системах временного разделения с «прозрачными»
каналами (см. разд. 1.4.2.3), преобразующих сигналы ООД в
передаваемую последовательность битов путем позиционно-временнбго
кодирования, проблема проскальзывания битов не возникает.
Действительно, в этом случае сигнал после каждого участка передачи
характеризуется, в принципе, неменяющимися временными
соотношениями и таким же передается далее. Конечно, чтобы искажения,
возникающие из-за многократного кодирования, были не
слишком велики, неизбежная при кодировании ошибка должна
оставаться на достаточно низком уровне.
3.3.1.3. ОБОРУДОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ
В АСИНХРОННЫХ СЕТЯХ
Если к коммутационным узлам асинхронной сети подключены
системы с ВРК, имеющие стаффинговые каналы или каналы с
образованием знаковых циклов, то в устройствах
последовательной временной коммутации по битам (см. том 1, разд. 6.1.3.2)
допустимы искажения сигналов данных, составляющие не более
половины единичного интервала.
При использовании систем временного разделения с
«прозрачными» каналами или систем частотного разделения каналов
искажения, возникающие в процессе последовательной коммутации
битов, должны быть весьма малыми, так как они входят в
суммарное искажение. Хотя в случае изохронных сигналов данных
!между коммутационной аппаратурой и многоканальной системой
передачи можно было бы установить корректор, в нем
потребовалось бы осуществлять описанное в разд. 3.3.1.2. согласование
скоростей и пришлось бы примириться со связанными с этим
затратами.
При наличии стаффинговых каналов и каналов с
образованием знаковых циклов может применяться коммутация групп
битов, которая обеспечивает более высокую производительность
(см. разд. 2. 1.1.1, пример 3, табл. 2.1).
3.3.1.4. СТРУКТУРА АСИНХРОННОЙ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Структура асинхронной сети с коммутацией каналов
показана на рис. 3j6, где изображен нижний уровень сети —■ часть сети
от абонентов до коммутационного узла. Абонентские стыки
образуют границу между ООД и сетью передачи данных. В местах
расположения абонентов находятся также приборы подключения
150
(ПП), которые обеспечивают сопряжение ООД с сетью (см. разд.
2.2.2)*. В тех случаях, когда ООД не управляет непосредст-
ственно через цепи данных стыка процессами
установления и разъединения соединений, вместо ПП устанавли-
Коод
Нижний
уровень сети
Верхний
уровень сети
К другим
коммутациг иным узлам
Рис. 3.6. Структура асинхронной сети с коммутацией каналов:
/ — абонентские стыки; 2 — приборы подключения или вызывные приборы; 3 — абонентские
линии; 4 — мультиплексоры; 5 — концентраторы; 6 — соединительные линии; 7 —
коммутационный узел
ваются вызывные приборы (ВП), содержащие необходимые для
такого управления элементы (см. разд. 2.2.1).
Через абонентские линии ПП и ВП связаны с
мультиплексорами или концентраторами, которые обычно размещаются в том
же месте, где п оборудование коммутационной станции
телефонной сети. С помощью мультиплексора образуется пучок каналов,,
число которых равно числу абонентских линий. Концентратор,
наоборот, собирает и уплотняет нагрузку абонентских линий,
поэтому в пучке должно быть меньше каналов, чем имеется
абонентских линий (см. разд. 2.1.1.2).
Коммутационные узлы сети передачи данных устанавливаются
в местах расположения центральных коммутационных станций
телефонной сети, а при высокой плотности абонентов — ив
местах главных коммутационных станций этой сети.
Коммутационные узлы верхнего уровня сети передачи данных связаны между
собой разветвленной системой линий.
* См. сноску на с. 22. (Прим. ред.)
151;
3.3.1.5. СИНХРОНИЗАЦИЯ ОКОНЕЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДАННЫХ
Согласно Рекомендациям МККТТ, касающимся абонентских
стыков аппаратуры передачи данных при подключении к сети
передачи данных синхронного оконечного оборудования (см. разд.
1.1.3), сеть должна обеспечивать подачу на каждое ООД
тактового синхросигнала и взаимный синхронизм по элементам между
передающим и принимающим ООД. В асинхронных сетях с
коммутацией каналов, где внутренняя общесетевая тактовая
синхронизация отсутствует, это требование выполняется за счет
установки в ПП или ВП тех абонентов, которые имеют синхронное
ООД, синхронных тактовых генераторов. Эти генераторы
формируют тактовые сигналы передачи и после установления
соединения выделяют из поступающих с противоположной стороны
сигналов данных тактовые синхросигналы приема. Достигнутый таким
способом синхронизм по элементам является индивидуальным для
каждого соединения и сохраняется только на то время, пока
данное соединение существует.
3.3.1.6. НЕЗАВИСИМОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ОТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ БИТОВ
в асинхронный; сетях
Передача между синхронными оконечными установками не
должна зависеть от вида передаваемой последовательности битов.
В асинхронных сетях требуемая независимость может быть
обеспечена с помощью скремблеров (см. разд. 2.2.1.1, 2.2.2.2) [3.15].
Согласно этому методу сигналы, поступающие от ООД, в фазе
передачи данных скремблируются (их биты перемешиваются) в
ПП или ВП на передающей стороне. В ПП или ВП на приемной
стороне сигналы восстанавливаются в их первоначальном виде
с помощью дескремблера.
Перед началом передачи ПП или ВП включает скремблер и
по истечении времени, которое необходимо дескремблеру на
противоположной стороне для вхождения в синхронизм, подает на
ООД сигнал, разрешающий передачу. С этого момента скремблер
обеспечивает наличие в направляемом на коммутационный узел
сигнале смен символов даже в том случае, когда ООД выдает
длинную последовательность одинаковых символов. Это
предотвращает возможность случайного разъединения против желания
абонентов, так как длинная последовательность нулей, которая
могла бы быть принята за сигнал отбоя, при этом не появляется.
Если же действительно нужно разъединить соединение, то
ПП или ВП, управляемые через стык от ООД, отключают
скремблер и посылают в линию связи длинную последовательность
нулей. Если в течение определенного интервала времени
коммутационный узел принимал только символы «О», подряд следующие
друг за другом, то он разъединяет соединение.
152
Передачу можно сделать независимой от последовательности
символов (битов) и другим способом: в последовательность битов,
выдаваемую ООД, по определенному правилу с помощью ПП или
ВП вводить дополнительные биты. Однако данный метод
приводит к повышению скорости передачи (см. разд. 3.3.2.5) и поэтому
в асинхронных сетях с коммутацией каналов ограничивает
свободу в выборе типа АПД.
3.3.2. СИНХРОННЫЕ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
3.3.2.1. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ СИНХРОННЫХ СЕТЕЙ
С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
В синхронной сети с коммутацией каналов ход во времени
всех процессов передачи и коммутации определяется единым
тактовым синхросигналом. Он подводится ко всей аппаратуре и
оборудованию сети (рис. 3.7), задает для всей сети жесткий времен-
——СтвкО—-^^.____
[] Оконечная установка передачи данных
Г> Аппаратура ВРК
О Коммутационный узел
Рис. 3.7. Синхронная сеть с коммутацией каналов
ной растр и обеспечивает синхронизм всех процессов. Поэтому
в такой сети обрабатываются исключительно изохронные сигналы
определенной длительности.
В состав сети входят только системы временного разделения,
имеющие синхронные каналы или каналы с образованием
знаковых циклов. Эти многоканальные системы лучше, чем системы с
«прозрачными» каналами и системы частотного разделения,
приспособлены к свойствам такой сети. Искажения, появляющиеся
при передаче и коммутации, устраняются в этих системах
автоматически.
Поскольку все каналообразующее и коммутационное
оборудование имеет одинаковую тактовую частоту, разница в скоростях,
которая могла бы вызвать проскальзывание битов, не возникает.
По этой же причине для синхронной сети нет необходимости в
специальных мерах по согласованию скоростей в отдельных
каналах. Это справедливо и для периферийной части сети, если к
153
ней подключено синхронное оконечное оборудование,
синхронизируемое по элементам от сети. При наличии стартстопного
оконечного оборудования, которое имеет независимые от сети тактовые
генераторы, стартстопные сигналы ООД преобразуются с
помощью ПП, ВП или периферийного мультиплексора в изохронные
сигналы сети.
Поскольку необходимость в согласовании скоростей в сети
отпадает, можно отказаться от расщепления на отдельные кана-
cVrKarf £'-.
канал' ^>реМеннь!М
Данных . -разделением1.
Л"
Оборудование
коммутаций
Дарйь»х1
■Я
гг-В,
Рис. 3.8.
Пространственное и временное
упорядочение каналов данных
с помощью
коммутационного оборудования
лы перед коммутационными узлами; многоканальные сигналы
систем с временным разделением могут быть непосредственно
подведены к коммутационным узлам (см. рис. 3.7). В этом случае
коммутационные узлы обеспечивают наряду с пространственным
также и временное упорядочение (см. том 1, разд. 6.1.3.3)
каналов данных (рис. 3.8).
3.3.2.2. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
В СИНХРОННЫХ СЕТЯХ
В синхронных сетях с коммутацией каналов не нужно
принимать специальные меры по согласованию скоростей, поэтому
вместо систем временного разделения со стаффинговыми
каналами в этих сетях можно использовать аналогичные системы с
синхронными каналами (см. разд. 1.4.2.3).
При наличии систем временного разделения, имеющих
каналы с образованием знаковых циклов, в синхронной сети с
коммутацией каналов только для каналообразующей аппаратуры, на
которую поступают сигналы стартстопного оконечного
оборудования, необходимо выравнивание скоростей путем изменения
длины стопового элемента.
3.3.2.3. ОБОРУДОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ
В СИНХРОННОЙ СЕТИ
Оборудование временной коммутации каналов в синхронных
сетях часто работает по принципу групповой коммутации битов,
так как этот метод отличается высокой производительностью (см.
разд. 2.1.1.1, табл. 2.1).
154
Поскольку в синхронной сети с коммутацией каналов можно
отказаться от расщепления групповых сигналов на сигналы
отдельных каналов, в месте расположения коммутационного узла
нет надобности иметь самостоятельную каналообразующую
аппаратуру. На входе коммутационного узла с ВРК. на каждую
линию связи устанавливают по одному
последовательно-параллельному преобразователю и по одному устройству, которое по
временному положению каналов данных определяет их адреса. На
выходе узла прошедшие коммутацию группы битов заносятся в
канальные запоминающие устройства и хранятся там до тех пор,
пока в надлежащие интервалы времени не будут направлены в
ведущие далее линии связи.
Тактовая синхронизация дает преимущества и в том случае,
если перед коммутационным узлом упомянутое расщепление на
отдельные временные каналы все же происходит и сигналы
данных в форме изменений значащих позиций коммутируются
последовательно по битам. Дело в том, что сигналы данных на входе
и выходе временной каналообразующей аппаратуры можно
сделать синфазными тактовому растру, соответствующему скорости
модуляции сигналов, и тогда при коммутации допустимо
искажение величиной до одного единичного интервала. Таким образом,
в пределах одного единичного интервала можно коммутировать
больше изменений значащих позиций (см. разд. 2.1.1.1, пример 3),
т. е. при последовательной коммутации по битам число
одновременно используемых соединений на одну коммутационную
систему в синхронной сети больше, чем в асинхронной.
3.3.2.4. СТРУКТУРА СИНХРОННОЙ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Как видно из рис. 3.9, структура синхронной сети с
коммутацией каналов в основном совпадает со структурой аналогичной
асинхронной сети (см. рис. 3.6), даже если каналообразующее и
коод
1-1ижний
Уровень сети
Рис. 3.9. Структура
синхронной сети с
коммутацией каналов:
1 — абонентские стыки; 2 —
приборы подключения или
вызывные приборы; 3 —
абонентские линии; 6 —
соединительные линии; 7 —
коммутационный узел
Верящий
^ 'уровёнкееХЙ
155
коммутационное оборудование обеих сетей по описанным выше
причинам различно.
3.3.2.5. НЕЗАВИСИМОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ОТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ БИТОВ
В СИНХРОННОЙ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Независимость передачи от вида последовательности битов в
синхронной сети достигается за счет образования так называемых
конвертов [3.16]. При этом поступающие с ООД данные в ПП
или ВП подразделяются на группы по нескольку, например по
восемь или шесть, битов и к каждой группе битов добавляются
два бита — синхронизирующий и статусный (рис. 3.10).
Конверт
А
3}
б)
--
'б
'б
■vl'e
-
•■
'5
'б
S
F
h
'2
■з
'4
'б
'б
'7
Конверт
"
s|f
'1
'2
'з
'4
'5
'6
S
'8
S
F
'1
'2
-•
F
Ч
'2
'з
'4
Время■
Рис. 3,10. Поток оитов:
а) с конвертами по (8+2) бита; 5 — статусный бит; F — синхронизирующий
бит; Л, ..., /8 — информационные биты; б) с конвертами по (6+2) бита"; F —
синхронизирующий бит; /,, ..., /6 — информационные биты; S — статусный бит
По синхронизирующему биту определяется начало конверта.
Статусный бит указывает, предназначены ли содержащиеся в
конверте информационные биты для других абонентов или же
несут управляющую информацию (знаки сигнализации) для
коммутационного узла. Таким образом, статусный бит предотвращает
возможность разъединения соединения в фазе передачи данных
из-за случайного совпадения последовательности битов данных с
сигналом отбоя.
По сравнению с методом, основанным на использовании скрем-
блеров (см. разд. 3.3.1.6), конверты обеспечивают более быстрый
переход от фазы установления соединения к фазе передачи
данных и от нее к фазе разъединения соединения, так как изменение
статусного бита может быть обнаружено немедленно и нет
необходимости, в отличие от системы со скремблерами, перед
началом передачи данных ожидать вхождения дескремблера в
синхронизм, а перед разъединением в течение еще более
длительного времени — приема нулевых битов.
Если число информационных битов в знаках сигнализации и
конвертах выбрано одинаковым, то знаки сигнализации непосред-
156
ственно образуют конверты; тогда синхронизм длительно
передаваемых конвертов одновременно гарантирует фазирование знаков
сигнализации и уже не требуется специально устанавливать его
перед каждым приемом знаков сигнализации.
Конечно, введение синхронизирующего и статусного битов
вызывает повышение скорости в сети. При использовании групп по
восемь информационных битов скорость передачи АПД должна
быть увеличена в 10/8 раз, а в случае групп по шесть
информационных битов — в 8/6 раза. Таким образом, для организации
связи между ООД, выдающими информацию со скоростью,
например, 2,4 кбит/с, в сети необходимы каналы с общей скоростью
передачи 3 или 3,2 кбит/с соответственно (см. разд. 1.4.2.3, табл.
1.15).
3.3.2.6. ОБНАРУЖЕНИЕ И ЛОКАЛИЗАЦИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Эксплуатация сети передачи данных облегчается, если
неисправности в тех местах сети, где обычно нет обслуживающего
персонала, обнаруживаются автоматически и о них сообщается в те
пункты, где находятся люди. Если, кроме того, из этих пунктов
можно локализовать неисправности, то это позволяет сразу же
направить к месту аварии обслуживающий персонал. В качестве
примера, иллюстрирующего принципы распознавания и
локализации неисправностей, рассмотрим один из методов, применимых в
синхронных сетях с формированием конвертов.
При данном методе обнаружение неисправности в области
между коммутационными узлами и мультиплексорами (см. рис.
3.9) основано на контроле циклового синхронизма системы с
временным разделением каналов. При наличии в сети неисправных
элементов или длительных помех на линиях связи цикловый
синхронизм теряется. В этом случае включается сигнал
неисправности, который на обслуживаемом коммутационном узле
непосредственно оповещает персонал, а от необслуживаемого
мультиплексора передается на коммутационный узел по служебному каналу
системы временного разделения. Включив испытательный шлейф,
который отделяет вышедшую из строя линию от
коммутационного узла и подает многоканальный сигнал с неисправного выхода
коммутационного узла непосредственно на вход, можно
установить следует ли искать неисправность в коммутационном узле или
же на линии связи и в мультиплексоре.
В области абонентских линий между мультиплексорами и ПП
или ВП (см. рис. 3.9) неисправности могут быть обнаружены на
основе контроля синхронизма конвертов. При потере такого
синхронизма на входе мультиплексора по соответствующему
каналу данных на коммутационный узел посылается специальный
сигнализирующий конверт. При потере синхронизма конвертов в
157
ПП или ВП вследствие длительной передачи сигнала,
соответствующего символу «О», возникает такая же потеря синхронизма
на входе мультиплексора. С помощью испытательных шлейфов,
которые включаются у мультиплексора со стороны каналов
данных по сигналам от коммутационного узла в виде специальных
управляющих конвертов, можно отличить неисправность в
мультиплексоре от неисправностей на абонентской линии и в оконечной
установке.
3.3.2.7. СИНХРОНИЗАЦИЯ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Тактовая синхронизация на нижнем уровне сети. Каждый
коммутационный узел сети управляет ходом процессов передачи
на соответствующем ему нижестоящем уровне сети.
Скорость передачи многоканальных сигналов с разделением
по времени от коммутационного узла на мультиплексоры
определяются тактовым синхросигналом коммутационного узла.
Мультиплексор выделяет этот синхросигнал из поступающего
многоканального сигнала и использует его при передаче на ПП и ВП
сигналов данных, а также при передаче в противоположном
направлении, на коммутационный узел, многоканального сигнала.
В ПП и ВП тактовый сигнал выделяется из поступающего от
мультиплексора сигнала данных. При наличии синхронного ООД
тактовый сигнал подается через стык на ООД и задает такты как
при приеме, так и при передаче. В случае стартстопного ООД
мультиплексор, а иногда ПП или ВП преобразуют изохронные
сигналы сети в стартстопные сигналы ООД и обратно.
Оконечное оборудование данных и мультиплексор нижнего
уровня сети передают сигналы данных синхронно с сигналами,
поступающими с коммутационного узла. Поэтому вся аппаратура
нижнего уровня сети, относящегося к некоторому
коммутационному узлу, работает с тактовой частотой этого узла. Фазовые
различия в каждом случае выравниваются за счет
промежуточного запоминания сигналов на входах.
Синхронизация на верхнем уровне сети. Из-за отклонений
частот тактовых генераторов различных коммутационных узлов при
передаче сигналов, поступивших на какой-либо коммутационный
узел верхнего уровня сети, на другие узлы или на нижестоящий
уровень сети может возникать проскальзывание битов. Чтобы
предотвратить его, необходимо синхронизировать между собой
тактовые генераторы коммутационных узлов. Это можно
осуществить двумя способами.
По первому способу (рис. 3.11а) для верхнего уровня сети
вводится высокостабильный главный тактовый генератор ГТГ, на
частоту и фазу которого настраиваются тактовые генераторы ТГ
коммутационных узлов. С этой целью от главного тактового ге-
158
нератора на все остальные передается сигнал опорной частоты.
Для его передачи можно использовать специальную
распределительную сеть синхронизации, но можно поступить и иначе —
установить главный тактовый генератор в коммутационном узле,
расположенном в центральном пункте сети, и выделять опорный
С_) Коммутационный узег(_
|ТГ| Тактовый генератор
□
Главный тактовые
—! генератор
Рис. 3.11. Схема синхронизации сети:
а) с помощью вышестоящего главного тактового генератора;
б) путем взаимной регулировки тактовых генераторов
сигнал из сигналов, передаваемых по основным каналам данных
между коммутационными узлами.
Благодаря регулировке фазы между тактовыми генераторами
коммутационных узлов обеспечивается жесткая фазовая
взаимосвязь. Фазовое дрожание, вызываемое колебаниями времени
пробега сигналов по линии связи, всегда лежит в определенных
границах. Поэтому его можно полностью устранить путем
промежуточного запоминания сигналов на входах коммутационных узлов.
Сигналы данных записываются в запоминающее устройство в
соответствии с тактами поступающего многоканального сигнала,
т. е. тактами передающего их коммутационного узла, и считыва-
ются в соответствии с тактами принимающего коммутационного
узла.
Главный тактовый генератор ГТГ имеет атомный эталон
частоты. Остальные тактовые генераторы построены на основе
высокостабильных кварцевых генераторов с регулируемой фазой.
При отключении канала синхронизации они могут в течение
многих часов продолжать работать самостоятельно без изменения
фазовых соотношений между генерируемыми сигналами.
Метод синхронизации, основанный на использовании единого
для всей сети главного тактового генератора, получил
распространение преимущественно в специализированных сетях передачи
данных [3.17—3.19].
Известен и другой метод, при котором синхронизация
достигается за счет взаимной регулировки тактовых генераторов сети
159
(рис. 3.116). При этом каждый тактовый генератор устанавливает
свою частоту, усредняя фазы тактовых сигналов, поступающих от
других генераторов [3.20, 3.21]. В этом случае для устранения
различий в фазах на входах коммутационных узлов также
необходимы запоминающие устройства.
В условиях международной связи для обеспечения совместной
работы синхронных сетей разных стран в перспективе
предполагается организовать их общую синхронизацию, однако на
ближайшее время предусмотрен такой режим, при котором отдельные
сети работают независимо друг от друга. Благодаря тому, что в
каждой сети с помощью атомного эталона тактовая частота
поддерживается с высокой точностью (A<//f<10-"), проскальзывание
битов, неизбежное при такой плезиохронной работе сетей,
появляется столь редко, что средний коэффициент ошибок остается в
допустимых пределах.
3.4. СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ СООБЩЕНИЙ
В сети с коммутацией сообщений между оконечными
установками, обменивающимися информацией, нет сквозного соединения;
в коммутационных узлах сообщения заносятся в память и
передаются далее по участкам переприема от узла к узлу.
На рис. 3.12 показана схема сети с коммутацией сообщений.
В оконечной установке от которой необходимо передать
сообщение, оно снабжается заголовком, содержащим адрес желаемой
принимающей установки, и по абонентской линии а передается
А ь в
с d
Время
1 1 Время передачи по линиям
связи а, Ь,с,d
1 1 Время обработки И ожидания в. Коммутационных.
узлах А, В, С
[ | Оконечная установка передачи данных
С_) Коммутационный узел
Рис. 3.12. Сеть с коммутацией сообщений
160
на ближайший коммутационный узел А. В нем сообщение
запоминается, обрабатывается его заголовок, определяется, в какую из
исходящих линий далее его нужно направить и, наконец,
передается на следующий коммутационный узел В. Если линия Ъ,
некоторой нужно передать сообщение далее, занята, оно остается к
запоминающем устройстве до тех пор, пока не будут передами
все находящиеся перед ним в очереди другие сообщения.
Поскольку на участке Ъ скорость передачи обычно выше, чем в аоо-
неитской линии а, длительность передачи по этому участку на
временной диаграмме показана более короткой. КоммутационныЛ
узел В, в котором сообщение обрабатывается так же, как и в
узле, А, передает сообщение по линии с на узел С. От последнего
оно передается по абонентской линии на принимающую
оконечную установку.
Время ожидания, в течение которого сообщение хранится в
коммутационном узле, зависит от длины очередей на линиях
связи. Поэтому общее время прохождения сообщения между двумя
оконечными установками в сети с коммутацией сообщений может
быть весьма различным. Эта характеристика сети должна
приниматься во внимание при управлении передачей в оконечных
установках.
Запись сообщений в память упрощает трансформацию
скоростей различных видов оконечного оборудования данных,
осуществляемую в коммутационных узлах.
В то время, как в сетях с коммутацией каналов в
распоряжение абонентов всегда предоставляются дуплексные каналы, в
сетях с коммутацией сообщений могут независимо друг от друга
предоставляться каналы в прямом и обратном направлениях.
Поэтому при полудуплексном режиме по каналам обратного
направления могут передаваться сообщения других абонентов и
соединительные линии между коммутационными узлами используются
лучше, т. е. их требуется меньше, чем в сети с коммутацией ка-
Ответ
Запрос Пауза
K~fx4Nj М^Ф
Установление
соединения
■' I 1
■ t—!
-М*»4-
I III
Передача данный
I Разъединен^
соединения,
1 1
Прямое
^правленщ- , |
Обратное. J—I
^апраелеще^.
бГ
Рис. 3.13. Диа1рамма
ответ»:
а) при коммутации каналов; б) при коммутации сообщений
и i-i м
'jBgeMft'-
занятия линий в системах
«запрос-
6—11
161
налов. Еще лучше позволяет использовать линии обмен в
режиме «запрос—ответ» или диалоговом, с паузами между отдельными
сообщениями (рис. 3.13). В паузах линии связи могут быть заняты
другими сообщениями.
Экономию линий связи необходимо сопоставлять с затратами,
которых требуют запоминание и обработка сообщений в
коммутационных узлах. Чтобы предотвратить возможную передачу
сообщений по ошибочным адресам или потери сообщений из-за
помех, в коммутационных узлах приходится устанавливать
устройства для обнаружения и исправления ошибок. По этим причинам
стоимость коммутационного оборудования в сетях с коммутацией
сообщений оказывается более высокой, чем в сетях с
коммутацией каналов [3, 22, 3.23, 3.24].
3.4.1. СЕТЬ С КОММУТАЦИЕЙ ПОЛНЫХ СООБЩЕНИЙ
В сетях этого типа сообщение от оконечной установки
передается в коммутационный узел, хранится в нем и передается далее
от узла к узлу как единое целое. Время ожидания между
приемом сообщения в одном коммутационном узле и передачей его по
исходящим линиям связи далее
определяется прежде всего
занятостью линий другими сообщениями.
На рис. 3.14 показана зависимость
между временем ожидания и
нагрузкой исходящих линий связи для
случая, когда передача по ним
осуществляется со скоростью 64 кбит/с, а
длина каждого из сообщений
составляет 10000 бит. Сообщения
приблизительно такой длины встречаются
в системах телеобработки данных,
имеющих оконечные установки с
дисплеями.
В сетях с коммутацией
сообщений стремятся к весьма большой
загрузке линий (^0,8 Эрл), т. е. к
наилучшему их использованию, чтобы
общая стоимость линий была
достаточно низкой. Из рис. 3.14 видно, что
при скорости передачи 64 кбит/с
время ожидания может достигать
нескольких секунд. Следует
отметить, что каждый коммутационный
узел, через который проходит
сообщение на пути от передающей
оконечной установки к принимающей,
о,е
0,7
. 0.6
0.5
0,4
0.3
е,2
0,1
?(>t) = 1С
-А
/
/
Л
-у
',oV
у
*
/
/
мо-3
'
' •
//
/ /
к
0,1
0,2 0,4 0,60,81
Время ожидания
4 с
Рис. 3.14. Время ожидания в
коммутационных узлах сети с
коммутацией сообщений при
различной нагрузке исходящих
■каналов: скорость передачи
£4 кбит/с, длина сообщения
10000 бит, варьируемый
параметр — вероятность
превышения P(>t) (см. том. 1, разд.
6.2.3)
162
вносит свою долю в суммарное время ожидания и что для
сообщений, длина которых меньше принятого за основу значения
10000 бит, указанное время ожидания также справедливо, так как
перед короткими сообщениями могут стоять сообщения длиной
10000 бит.
Если в месте приема нет необходимости в непосредственной
реакции на поступившее сообщение, что, например, характерно
для систем сбора и распределения информации, то время
ожидания не играет большой роли. Иначе обстоит дело в тех случаях,
когда полученное сообщение нуждается в непосредственной
обработке и в ответе. Примерами могут служить диалоговые
системы и системы типа «запрос — ответ». В этих случаях, если
интервал времени между передачей сообщения и получением ответа
превышает несколько секунд это воспринимается как
нежелательное и мешающее нормальной работе явление [3.25]. Поэтому
в сетях с коммутацией сообщений применяют специальный режим
работы — режим пакетной коммутации, при котором время
ожидания короче.
3.4.2. СЕТЬ С ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИЕЙ
3.4.2.1. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ СЕТИ С ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИЕЙ
В сети с пакетной коммутацией сообщения разделяются на
части, называемые пакетами [3.26]. Каждый пакет содержит
собственный заголовок с управляющим и адресным полями, а
также собственную проверочную последовательность знаков.
Максимальная длина пакета лежит в пределах от 10000 до 20000 бит
[3.27]. Разложение сообщения на пакеты и восстановление его
после передачи в случае использования пакетного оконечного
оборудования данных осуществляется самим этим
оборудованием, а при стартстопном и синхронном ООД — в сети с помощью
специальных пакетирующих и депакетирующих устройств (см.
разд. 3.2.3.2) [3.28,3.29].
В сети пакеты в соответствии с правилом пакетной
коммутации передаются от узла к узлу, причем для коммутационного
узла нагрузку от каждого пакета можно примерно приравнять
нагрузке от одного вызова в сети с коммутацией каналов.
В принимающем коммутационном узле каждый пакет
проверяется иа отсутствие ошибок. На пакеты, принятые без ошибок,
в ответ направляются подтверждения их приема (положительная
квитирующая информация). Если же в каком-либо пакете
обнаружены ошибки, то посылается запрос на его повторную переда-,
чу (отрицательная квитирующая информация).
Для передачи отдельных пакетов каждого сообщения по сети
могут выбираться различные пути (рис. 3.15), что обеспечивает
более гибкое и оперативное приспособление к состояниям занято-
6* 163
сти тех или иных линий связи и коммутационных узлов. При этом,
однако, следует иметь в виду, что пакеты могут поступить на
коммутационный узел или пакетное ООД пункта назначения в
Путь первого пакетч.
Путь второго пакета "* ■»•
Г~1 Оконечная установка передачи данны>;
О Коммутационную y3eji
г)
Рис. 3.15. Пути прохождения пакетов одного
сообщения по сети с пакетной коммутацией
неверной последовательности. При работе в режиме виртуального
вызова (см. разд. 3.2.3.2) коммутационный узел пункта
назначения сортирует поступившие на него пакеты перед их дальнейшей
передачей на оконечную установку; в режиме передачи дагаграмм
(см. разд. 3.2.3.2) сортировка возлагается на принимающую
оконечную установку.
Стык между пакетным ООД и сетью передачи данных описан
в Рекомендации Х.25 МККТТ. Стык стандартизован на трех
уровнях.
Первый уровень включает в себя описание строения
соединительного тракта между пакетным ООД и соответствующим узлом
пакетной коммутации и необходимых электрических,
функциональных и процедурных характеристик стыка. На этом уровне
имеет силу Рекомендация МККТТ Х.21. Для соединения
пакетного ООД с узлом пакетной коммутации может использоваться
некоммутируемый канал или соединительный тракт сети с
коммутацией каналов.
Второй уровень касается процедур передачи пакетов между
пакетным ООД и узлом коммутации пакетов. При этом
используются форматы, команды и сигналы оповещения процедуры
HDLC* [3.30,3.31].
На третьем уровне устанавливаются форматы пакетов и ход
процесса передачи пакетов между пакетным ООД и узлом
коммутации при организации услуг «Виртуальный вызов» и
«Постоянный виртуальный канал» (см. разд. 3.2.3.2).
1 * High-level data link control procedures — процедуры управления каналом
передачи даииых высокого уровня. (Прим. ред.)
164
1.2.2. ВРЕМЯ ОЖИДАНИЯ В СЕТИ С ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИЕЙ
Время, в течение которого сообщение должно ожгдать
освобождения одной из исходящих линий, зависит от загузки этих
лилий и длины сообщений. На рис. 3.16 в качестве примера приве-
Рис. 3.16. Максимальное
время ожидания и
емкость памяти в
коммутационном узле сети с
пакетной коммутацией:
скорость передачи
■64 кбит/с, нагрузка
исходящих каналов
■0,6 Эрл, вероятность
•превышения P(>t) =
-10-"
0 tpOO 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 бит 100СЭ
Длина сообщения
дена зависимость максимального времени ожидания от длины
сообщений для линии со скоростью передачи 64 кбит/с и нагрузкой
'0,6 Эрл. При построении кривой были взяты такие значения
длины сообщения, вероятность превышения которых Р(>/) = 10~2.
В довольно широких пределах время ожидания линейно
падает с уменьшением длины сообщений и только при очень малых ее
значениях кривая отклоняется от линейной зависимости, так как
заголовок составляет уже существенную часть длины сообщения.
При характерной для пакетов малой длине коротким
становится и время ожидания. Поэтому число битов, которые
накапливаются перед линией связи, невелико и в узле коммутации пакетов
запоминающее устройство может иметь меньшую емкость, чем в
узле коммутации полных сообщений.
Время, которое проходит между передачей сообщения одной из
■оконечных установок и его приемом другой установкой, помимо
времени ожидания в коммутационных узлах включает в себя и
время передачи по линиям связи. На рис. 3.17а показана
временной диаграмма прохождения сообщения по сети с коммутацией
полных сообщений. От передающей установки сообщение по
абонентской линии передается с низкой скоростью на
коммутационный узел А, от него с высокой скоростью — на коммутационные
узлы В, затем С и, наконец, снова с низкой скоростью на
принимающую оконечную установку. Таким же способом по сети с
пакетной коммутацией передается каждый пакет (рис. 3.176). Так
как, однако, коммутационный узел может передать каждый па-
■кет далее сразу же после его получения, не ожидая приема всего
165
сообщения целиком, то время прохождения сообщений в сети с
пакетной коммутацией оказывается меньшим, чем в сети с
коммутацией полных сообщений.
А^+±^А
Общее время прохождения сообщения
а) © ® ® ©
I 1 1 1 1
-, a AbBcC d
Ц)1 1~++—H~t-
©*
+~Н—Н~4-
(2k , т
х(з> 1 н++++—I 1
-\- 1 f—Н-++-Н—
06ш.ее время прохождения
сообщения
,.. Время -
I , Время передачи по линиям связи а, Ь, с, d
(см. рис. 3.12)
. . Время обработки и ожидания в
коммутационных узлах А, В, С
©XDr®>© Пакеты сообщения
Рис. 3.17. Временная диаграмма прохождения сообщения
по сети: а) с коммутацией сообщений; б) с пакетной
коммутацией
3.5. НЕКОММУТИРУЕМЫЕ СЕТИ
3.5.1. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ И ЭЛЕМЕНТЫ
НЕКОММУТИРУЕМОЙ СЕТИ
В коммутируемой сети оконечные установки соединяются
между собой лишь на ограниченное время. Между оконечными
установками некоммутируемой сети, напротив, имеются
долговременные соединения, т. е. они связаны между собой постоянно
закрепленными за ними каналами. В узлах такой сети
переключение подведенных к ним линий не производится, в них
установлены лишь устройства для кроссового соединения линий. В качестве
таких устройств могут применяться стыковые распределители и
разветвители линий (см. рис. 2.1.2).
При использовании стыковых распределителей линий связи
подключаются к узлам с помощью обычной аппаратуры передачи
данных. Благодаря этому достигается развязка линий и на всех
линиях в прямом и обратном направлениях, в отличие от сетей с
разветвителями, может оставаться постоянно включенным
рабочий уровень передачи.
166
Разветвитель непосредственно соединяет между собой
несколько линий связи. Сигналы данных, поступающие по этим линиям
на узел сети, всегда передаются и на все Другие линии. Таким
образом, хотя узлы с разветвителями и требуют меньших затрат,
чем узлы со стыковыми распределителями, они имеют тот
недостаток, что позволяют включать рабочий уровень передачи только
на тех линиях, по которым оконечные установки работают на
передачу. Всякий раз, когда на другую установку посылается
разрешение на передачу, в той установке, от которой для этого
поступали данные, рабочий уровень передачи должен отключаться,
а в новой установке — включаться. Эта новая установка может
начать передачу данных только после того, как в принимающей
установке система контроля уровня обнаружит появление
рабочего уровня передачи. Поэтому в сетях с разветвителями нерабочие
паузы в процессе обмена данными больше, чем в сетях со
стыковыми распределителями.
3.5.2. УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕДАЧЕЙ ДАННЫХ В НЕКОММУТИРУЕМОЙ
СЕТИ
В некоммутируемой сети оконечные установки постоянно
соединены между собой и одновременная работа на передачу сразу
нескольких из них недопустима, так как при этом создавались бы
взаимные помехи. Чтобы исключить возможность одновременной
передачи с нескольких установок, в сети используют такой режим
работы, при котором одна так называемая ведущая установка с
помощью специальных команд управления вызывает на передачу
отдельные ведомые установки [3.32]; вызов оконечной установки,
которая должна принять то или иное сообщение, также
осуществляется по командам управления, посылаемым передающей
установкой перед сообщением.
В системах телеобработки данных обмен информацией
нередко происходит только между центральной установкой, например
ЭВМ, и периферийными установками. В этом случае центральная
установка, естественно, выступает в роли ведущей и вызывает
на прием или передачу периферийные установки. В специальных
вызовах на прием со стороны периферийных установок при этом
нет необходимости, так как их сообщения всегда
предназначаются для центральной установки.
3.6. КОНФИГУРАЦИИ СЕТЕЙ
Оконечные установки передачи данных, как правило,
выгоднее соединять между собой через узлы некоторой сети, а не
напрямую. Поэтому оконечные установки обычно объединяются в
сети, узлы которых оснащаются коммутационным оборудованием.
167
При этом возникает вопрос о наиболее благоприятных формах
взаимного расположения и соединения узлов сети.
3.6.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СТРУКТУР СЕТЕЙ
3.6.1.1. ПОЛНОСВЯЗНАЯ СЕТЬ
Наиболее общей по своей структуре является полносвязная
сеть*, в которой каждый узел связан с каждым другим узлом
пучком соединительных линий (рис. 3.18а). С увеличением числа
ДА А А
иАГ^ о °> '1
(_J Узел сети
Пуюк соединительных линий |
Рис» 3.18. Структуры сетей:
а) полносвязная; б) звездообразная; е) линейная;
г) кольцевая
узлов такой сети число пучков быстро возрастает. Для
увеличения числа узлов с я до п+\ необходимо п новых пучков линий,
так что расширение сети можно осуществить лишь ценой больших
затрат. Однако то, что любой соединительный тракт проходит не
более, чем через два узла и одну соединительную линию,
является важным преимуществом такой сети. Благодаря этому время
установления соединения (при коммутации каналов) или
хранения данных в запоминающих устройствах (при коммутации
сообщений) оказывается минимальным. В случае выхода из строя
какого-либо пучка проходивший по нему поток информации может
быть направлен по другим пучкам в обход, а выход из строя
какого-либо узла сети затрагивает только соединения с
подключенными к нему оконечными установками. Таким образом, область,
на которую распространяется отказ, в такой сети также
минимальна.
* В оригинале рассматриваемая структура названа сеточной или петлевой.
Однако в отечественной литературе применительно к этой структуре получили
распространение термины полносвязчая или многосвязная сеть. Сеточной же
обычно называют структуру, при которой каждый узел связан лишь с
несколькими ближайшими к нему узлами сети. Под петлевой обычно понимают сеть с
кольцевой структурой [12*, 21*, 25*]. В" классификации и названиях структур
сетей еще нет полного единства. При переводе предпочтение в основном было
отдано терминологии, сложившейся в отечественной литературе последних лет.
(Прим. ред.)
168
3.6.1.2. ЗВЕЗДООБРАЗНАЯ СЕТЬ
Другим основным структурным бидом сетей является
звездообразная сеть. Она получается из полносвязной сети, если в
последней удалить все пучки, кроме тех, которые ведут к
центральному узлу (рис. 3.186). Конечно, нагрузка п—1 пучков, которые
в полносвязной сети соединяют каждый из п узлов со всеми
остальными, не может быть передана радиальному пучку с таким
же числом линий, а требует большего пучка. Однако он не
обязательно должен быть в (п—1) раз больше прежнего, так как при
одинаковых допустимых потерях каждая линия в более крупном
пучке может быть загружена сильнее, чем в более мелком (см.
том 1, разд. 6.2.2.1).
Звездообразную сеть расширить гораздо проще, чем
полносвязную, поскольку с добавлением каждого нового узла появляется
только один новый пучок. Однако в такой сети большинство
соединительных трактов проходит через три сетевых узла, что с
точки зрения минимизации времени установления соединения или
времени ожидания невыгодно. Еще более существенным недостатком
звездообразной сети является большой объем отказа: при выходе
из строя одного пучка прерывается весь обмен с соответствующим
сетевым узлом; при отказе центрального узла все узлы сети
оказываются разъединенными между собой.
3.6.1.3. СЕТЬ С ЛИНЕЙНОЙ СТРУКТУРОЙ
Сеть с линейной структурой (рис. 3.18е), как и звездообразная
сеть, содержит лишь минимальное число пучков, причем пучки,
расположенные в середине сети, обычно загружены наиболее
сильно. Однако в то время, как в звездообразной сети каждый
соединительный тракт включает в себя не более трех сетевых узлов, в
линейной сети он может проходить через все узлы. Если принять,
что нагрузка равномерно распределена между всеми узлами, то
среднее число узлов, входящих в соединительный тракт, линейно
возрастает с увеличением общего количества узлов в сети и всегда
не меньше, чем в звездообразной сети. В отношении объема отказа
линейная сеть имеет преимущества по сравнению с
звездообразной: хотя выход из строя какого-либо пучка приводит к
разъединению сети на две отдельные части, зато и при отказе сетевого
узла происходит лишь такое же разделение сети, а не полное
разъединение всех узлов, как при отказе центрального узла в
звездообразной сети.
3.6.1.4. КОЛЬЦЕВАЯ СЕТЬ
Объем отказа можно сократить в еще большей степени, если
соединить между собой оконечные узлы линейной сети. Тогда из
нее получается кольцевая сеть (рис. 3.18г). Отказ одного пучка
169
влияет на ее работу так же мало, как и в случае полносвязной
сети, а выход из строя одного сетевого узла сказывается только на
соединениях с подключенными к нему оконечными установками.
Кроме того, число узлов в соединительном тракте такой сети
меньше, чем в тракте линейной сети.
3.6.2. ОБЪЕДИНЕННАЯ СЕТЬ
Для того чтобы удовлетворить те или иные конкретные
требования, предъявляемые к сети передачи данных, в некоторых
случаях при ее построении
целесообразно сочетать различные
структурные принципы. Такая
сеть, называемая
объединенной, отличается особенно
четким строением, если
подразделить ее по иерархическому
принципу. В иерархической
сети различают разные уровни,
например нижний уровень
иерархии, включающий в себя
звездообразные сети, и
верхний уровень, на котором
центральные узлы нижних уровней
соединены между собой в пол-
Рис. 3.19. Объединенная сеть (полно- носвязную сеть (рис. 3.19). В
связная на верхнем и звездообразная этом случае выход и3 строя
отца нижнем уровнях) J r
дельного узла никогда не
ведет к разъединению всех узлов
сети, в то время как затраты существенно ниже, чем в случае
чисто полносвязной сети.
3.6.3. СРАВНЕНИЕ И ОЦЕНКА СТРУКТУР СЕТЕЙ
Названные выше критерии оценки основаны на предположении,
что все сетевые узлы в отношении входящей и исходящей
нагрузок в основном одинаковы. Если это не так, то оценка той или
иной структуры сети может существенно отличаться от
приведенной выше. Так, при построении системы телеобработки данных, в
которой большинство оконечных установок лишь иногда
связываются с одной или несколькими ЭВМ, полносвязиая сеть обладает
незначительными преимуществами, поскольку обычно в ней будут
заняты только те пучки, которые ведут к узлам с ЭВМ, а все
остальные— лишь при отказе первых. Если, кроме того, в каждый
момент времени только одна единственная ЭВМ ведет обмен
данными с одной оконечной установкой, то утверждение относительно
размеров пучка при звездообразной и линейной структурах сети
170
Q Узел сети
Пучок соединительных линий
оказывается уже не справедливым: поскольку имеется только один
соединительный тракт, достаточно одной единственной линии.
ТаТким образом, ту или иную конфигурацию сети всегда
следует рассматривать во взаимосвязи с остальными свойствами и
характеристиками сети передачи данных. Ее оценка, даже если не
учитывать пространственного расположения узлов, зависит и от
распределения нагрузки, и от функций коммутационного
оборудования, в особенности от того, о какой сети — коммутируемой или
ыеком мутируем ой идет речь [3.33].
4. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО
КОРОТКОВОЛНОВЫМ РАДИОКАНАЛАМ
Для передачи данных пригодны не только проводные каналы
связи, но и радиоканалы. Если речь идет о радиорелейных или
спутниковых линиях, то в отношении методов и качества передачи
данных они практически равноценны кабельным линиям. В
отличие от них коротковолновые радиоканалы вследствие особенностей
распространения используемого в них вида радиоволн имеют
существенно иные свойства и характеристики и требуют
соответственно других методов и режимов передачи.
4.1. ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Как известно, с помощью коротких волн возможна передача на
весьма большие расстояния, например между различными
частями света, и при использовании даже сравнительно недорогих
радиостанций может быть установлена связь с практически любым
пунктом земного шара. Поэтому уже давно значительный интерес
вызывает применение коротковолновых радиоканалов для
телеграфной связи между континентами. Быстрый рост нагрузки на
трансокеанских линиях привел в последние десятилетия к
выработке ряда международных соглашений в этой области, которые
изложены в Рекомендациях и Резолюциях Международного
консультативного комитета по радиосвязи (МККР).
В коротковолновом канале вследствие меняющихся условий
распространения радиоволн в ионосфере коэффициент ошибок
достигает время от времени сравнительно больших значений. Тем не
менее за счет автоматической коррекции ошибок
помехоустойчивость передачи по таким каналам может быть повышена до
уровня, характерного для проводных линий. Это позволило включить
межконтинентальные телеграфные радиоканалы и в сеть Телекс,
охватывающую весь мир. Для межконтинентальной передачи не-
17!
прерывно возрастающих потоков телеграфных сообщений и данных
организациями связи устанавливалось стационарное
приемопередающее оборудование большой мощности. Однако быстрое
развитие в области техники передачи информации по проводным
кабелям и через спутники связи привело к тому, что они взяли на
себя основную часть указанной нагрузки коротковолновых каналов.
Это дало возможность в значительной степени освободить полосы
частот в диапазоне коротких волн, занимавшиеся ранее
общегосударственными ведомствами связи, для станций служебной связи, в
которой нуждаются в первую очередь посольства, агентства печати,
бюро погоды и другие подобные организации. Поэтому в
последние годы такие станции, мощность которых часто невелика,
играют все более заметную роль в телеграфной связи и передаче
данных. 9
Дальнейшая разработка высокоэффективных систем
коротковолновой связи и помехоустойчивых методов передачи данных
открывает некоторые новые возможности их применения. Теперь
коротковолновые каналы могут использоваться и в тех случаях, в
которых ранее качество передачи считалось неудовлетворительным
или в которых передача данных через спутники из-за высокой
стоимости была неприемлемой. Новые области применения
открываются и для тех пользователей, которые придают особое значение
быстроте оборудования сети передачи данных, возможности
сведения к минимуму ее обслуживания или низким общим затратам
на аппаратуру передачи данных.
Количество радиоканалов и радиостанций, отводимых для
передачи данных, в настоящее время быстро растет и в системах связи
с подвижными объектами (корабельная радиосвязь,
автомобильные радиостанции военного и гражданского назначения).
Благодаря автоматическому выбору наиболее подходящей рабочей
частоты и автоматизации процессов установления соединения
обеспечиваются возможности дальнейшего повышения качества
передачи, сокращения обслуживающего'персонала и, следовательно,
расширения области применения таких систем связи.
4.2. ОСОБЕННОСТИ КОРОТКОВОЛНОВЫХ
РАДИОКАНАЛОВ И СЕТЕЙ СВЯЗИ
4.2.1. СРЕДА РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОРОТКИХ ВОЛН
В соответствии с соглашениями МККР на международной
шкале радиочастот для коротковолновых каналов отведена полоса
частот от 3 до 30МГц (рис. 4.1). Особенности распространения
коротких волн в наибольшей степени влияют на телеграфную связь
и передачу данных.
Электромагнитные волны, излучаемые антенной, частично
распространяются вдоль земной поверхности (поверхностная волна),
172
\но могут достигать места приема и за счет преломления или
отражения от слоев ионосферы или отражения от поверхности земли
(пространственные волны) по одному или нескольким путям (лу-
\
М
LF
MF
HF VHF
OhfJsHf
Частота
Длина волны .q5
3-1СГ3 3-1СГ23-1.(Н 3
—! 1 1 ^
30 3-Ю2 3-Ю3 3-104 МГц
104 103 Ю2
ДВ СВ KB
ЩР
Рис. 4.1. Диапазоны частот, используемые в радиосвязи:
Международные обозначения
частотных диапазонов
(установленные МСЭ)
VLF (Very Low Frequency) —
очень низкие частоты
LF (Low Frequency) —
низкие частоты
MF (Medium Frequency) —
средние частоты
HF (High Frequency) —
высокие частоты
VHF (Very High Frequency) —
O'leiib высокие частоты
l.'J'F (Ultra High Frequency) —
ультравысокие частоты
SHF (Super High Frequency) —
сверхвысокие частоты
Немецкие обозначения
диапазонов по длине волны
~
I.W (ДВ) — длинные волны
MW (СВ) — средние волны
KW (KB) — короткие волны
UKW (УКВ) — ультракороткие
волны
dmW (ДМВ) — дециметровые вол-
чы
cmW (CMB) —• сантиметровые
волны
чам) различной длины (рис. 4.2). Вследствие многопутевого
(многолучевого) распространения в месте приема может возникнуть
интерференция волн вплоть до полного подавления принимаемого
сигнала. Поскольку высота каждого из отражающих слоев
ионосферы постоянно изменяется, то явление интерференции
подвержено временным флуктуациям.
Возникающие при этом замирания в месте приема
проявляются в более или менее сильных колебаниях уровня сигнала. Под
длительностью замирания понимают время, в течение которого
амплитуда принимаемого сигнала не превышает определенного
значения, называемого уровнем замираний и задаваемого обычно
по отношению к среднему уровню приема. В зависимости от тех
173
или иных условий распространения коротких волн замирания мо-/
гут иметь весьма различную длительность. Кратковременные
замирания появляются гораздо чаще, чем более длительные. Согласно
Моносфера /
Передатчик
/ Пространственные >■ * \
\ волны / ч \ \
\/ J \\ \
\ /Поверхностна^ \ \
\ / _/ волна \ \ \
„-^""Земная \ ' ~"""~-^ \у
nnriROXHOCTb у -^-^ \\\
Приемник
Рис. 4.2. Многолучевое распространение коротких волн
измерениям, проведенным Почтовым ведомством ФРГ в 1961 г.
(рис. 4.3), на радиолинии Нью-Йорк — Франкфурт-на-Майне при
уровне замираний на 15 дБ ниже среднего уровня приема только
в 1 % всех случаев длительность замирания была более 0,75 с, в
то время как в половине всех случаев она составляла менее 150 мс
[4.1]. Интервал времени между появлениями интерференционных
замираний определяется длительными изменениями свойств слоев
ионосферы и в зависимости от времени суток, времени года и
интенсивности корпускулярного излучения Солнца, а также
магнитных явлений обычно лежит в пределах от 4 до 20 с. Полосы
частот, которые затрагиваются селективными замираниями, имеют
ширину от 100 до 200 Гц; разность двух соседних частот, которые
одновременно подвергаются этому виду замираний, как правило,
составляет более 300 Гц.
Поскольку электромагнитные волны вследствие многолучевого
характера их распространения попадают из места передачи в
место приема по разным путям, то и время их распространения
может колебаться: при большом удалении может появиться разница
во времени от 3 до 5 мс. Следовательно, время, за которое
изменение значащей позиции сигнала данных достигает приемника,
также может колебаться на величину этой разницы. Для сигнала,
передаваемого со скоростью 50 Бод, т. е. имеющего единичный нн-
108
6
с 4
2
«4
6
4
tog
6
4
^ —1
°> 1П '
t 1U 8
10"
10
1%
-10%
50%
90%
99%
"""
^^
~~-^~
У'
i/ У
S*
-25
-15
дБ
-7,5 -2,5 0+2,5 +7,5
Уровень приема
по отношению к среднему уровню приема-
РиС'и'3' Длительность замираний в зависимости от уровня приема на папмопн-
нии Нью-Йорк - Фрапкфурт-на-Майне- приема на радиоли-
Га^бьшаЙпреаЕьшГе^ ~ ПР°ВДНТ случаев- В КОТорых соответствующая длительность зами-
го™ ГИТеЛоппС?Ю 2° МС' ЭТ° еЩе Д°ПУСТ™°- Однако при
скоростях более 200 Бод неопределенность времени распространения
препятствует передаче данных, поскольку при этом его колебания
могут быть уже одного порядка с единичным интервалом
1 <*к как образование и исчезновение отражающих слоев в
ионосфере сильно зависит от корпускулярного излучения Солнца то
рассматриваемые радиоканалы не могут работать на одной и'топ
же частоте во все часы суток, что еще более затрудняет передачу
тооы обеспечить по возможности наиболее благоприятные
условия передачи, необходимо в зависимости от времени суток
выбирать одну из нескольких несущих частот.
Наряду с колебаниями условий ионосферного распространения
радиоволн, следует принимать во внимание и помехи от
посторонних источников. Эти источники, создавая разного рода импульсные
помехи (что характерно, например, для промышленных источни-
ников), а также широкополосные и сосредоточенные помехи
(например сигналы азбуки Морзе и другие сигналы посторонних
иТТ?! М°ГУТ дополнительно Ухудшать качество передачи
175
4.2.2. СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ
Наряду с условиями распространения коротких волн на
качество радиоканалов существенное влияние оказывают и такие
факторы, как вид радиооборудования и антенн, излучаемая
передатчиком мощность и частота. Особое значение имеет стабильность йе-
сущеи частоты и характеристики автоматической регулировки
уровня. Для сравнительно старого радиоборудоваиия следует ibn-
нимать в расчет возможность отклонения частоты до ±1 кГц. В
современных системах радиосвязи легко обеспечивается
стабильность частоты Ю-8; при этом все необходимые комбинационные
частоты, дополнительные несущие и т. п. получаются от одного
высококачественного генератора (синтезатора частот), как это
показано на рис. 4.4. Повышение стабильности частоты позволяет
например, при передаче данных с помощью частотной модуляции'
не меняя скорость, перейти к меньшим значениям девиации
частоты и тем самым к более узкой полосе частот [4.3, 4 4]
Благодаря этому увеличивается отношение сигнал/шум в канале и
улучшается качество телеграфной связи н передачи данных (см. том 1,
разд. 4.6.2). Кроме того, повышение стабильности частоты
является предпосылкой высокоскоростной (до 4800 бит/с) передачи
данных по коротковолновым каналам.
Согласно классификации, принятой в международной связи
режимы работы, используемые при передаче телеграфных
сообщении и данных на коротких волнах, подразделяют на два основных
типа — t и А (рис. 4.5), которые различаются по виду модуляции,
"Выход
Тю ПЧ для
режима F
Выход
по НЧ для
' режима А
Приемник
"1
НЧ
демодулятор
I--
ПЧ пре-
образо
ватель
ВЧ пре-
образо
ватель
Синтезатор
I _Т
НЧ ВХОД
'" для!^.
"режима A J
ПЧ вход|_
' для|~~
режима F
НЧ
модулятор
ПЧ пре
образо
ватель
ВЧ пре
образо
ватель
Согласу
ющее
устройство для
антенны
Т^ерёДат^ЦК
ггчик
176
Рис. 4.4. Система коротковолновой радиосвязи с
синтезатором:
стотТ taKa„l,a,C n"i Пч~ промежуточная частота; ВЧ - высокая
частота (см. рис. 4.1); режимы F и А — см. рис. 4.5
способу передачи и некоторым другим признакам. В режимах1
типа Fl(например, Fl, F6)1 модулирующий сигнал непосредственно
воздействует на высокочастотное несущее колебание, поэтому
спектр\ сигнала получается симметричным относительно несущей
частотк (режим работы с центральной несущей частотой).
Режимы работы типа А, первоначально предназначавшиеся для
передачи телефонных сигналов с одной боковой полосой,
допускают передачу телеграфных сообщений или данных по одному или
нескольким радиотелефонным каналам. В радиопередатчике
полоса канала ТЧ переносится в область высоких частот; передача
осуществляется с одной боковой полосой; несущая при этом может
сохраняться либо частично или полностью подавляться (например,
режимы A3J, А7А)2. Эти режимы передачи оказываются особенно
выгодными, если необходимо передавать одновременно несколько
сообщений или (с целью повышения верности передачи) одно
сообщение многократно, а также в тех случаях, когда передачу
(например, данных со скоростями до 4800 бит/с) нужно вести в
полосе одного канала ТЧ [4.5].
i
Режим F1 —1~~~~ 1 '—
f1
\ I III \ J
Режим F6 J
Режим А7А
v
.J-V-LJ-'J -
-i.iii .JXL i.
p.— - Канал ТЧ, занятый системами ТТКР *">
I ч
Настично подавленная несушая
Несущая частота Частота =—
Рис. 4.5. Схематическое представление частотных спектров
сигналов при различных режимах передачи, используемых в
радиосвязи
4.2.3. РАДИОКАНАЛЫ
Структура коротковолновых каналов, предназначенных для
передачи данных и телеграфных сообщений, в общем случае зависит
от особенностей используемой радиоаппаратуры. Различают
следующие виды каналов: дуплексные, симплексные и каналы
односторонней связи («oneway»).
1 Fl — одноканальный режим, двухпозиционная частотная модуляция;
FG — двухканальный (дуплексный) режим, четырехпозиционная частотная
модуляция (см. разд. 4.3.1).
2 A3J — режим работы, предусматривающий передачу с одной боковой
полосой и подавленной несущей по телефонному каналу; А7А — режим, при
котором ведется передача с одной боковой полосой и частично подавленной
несущей по телефонному каналу методом многократной телеграфии.
177
В дуплексном канале передача и прием ведутся одновременно
и поэтому всегда необходимы две разные несущие частоты'. Так
как в обоих направлениях в одно и то же время могут
передаваться независимые друг от друга сообщения, то на радиостанции
должны быть приняты специальные меры по разделению /рактов
приема и передачи. Обычно удается удовлетворительно рецшть эту
задачу за счет достаточно большого разнесения их несущих
частот и установки передатчика и приемника на достаточное
удалении друг от друга. Организация таких дуплексных кана'лов,
возможности которых ограничиваются связью «пункт с пунктом»,
требует поэтому относительно высоких затрат на радиостанции.
Во многих случаях по коротковолновому радиоканалу нет
необходимости передавать данные одновременно в обоих
направлениях, достаточно попеременной передачи в том и другом
направлении. В соответствии с соглашениями МККР такие радиоканалы
названы симплексными. Поскольку при таком режиме работы
передача всякий раз ведется только в одном направлении, в
специальных мерах по развязке передатчика и приемника нет
надобности. Следовательно, в этом случае приемная и передающая
антенны могут быть установлены очень близко друг от друга. При
использовании современных устройств радиосвязи, которые
содержат приемную и передающую части и в которых частоты приема
и передачи формируются совместно, можно также вести передачу
и прием на одной и той же частоте на одну и ту же антенну
(подобные устройства называют радиотранссиверамн). Таким
образом, подобные симплексные каналы позволяют лучше использовать
плотно заполненный ныне диапазон коротких волн и получили
особенно широкое распространение в системах коротковолновой связи
с подвижными объектами («мобильная радиосвязь»), а также в
некоторых малых стационарных системах связи, для которых
организация дуплексных каналов вследствие упомянутых выше высоких
затрат неприемлема.
По каналам односторонней связи сигналы данных передаются
только в одном направлении, т. е. приемная станция не имеет
возможности вести передачу. Этот режим работы наиболее
распространен в системах радиосвязи с подвижными объектами и
применяется в тех случаях, когда, например, не все станции
располагают достаточной мощностью для передачи или невозможно
установить передающую антенну для организации обратного канала.
Кроме перечисленных выше областей применения, каналы
симплексной и односторонней радиосвязи могут использоваться для
радиовещания, а также селективного вызова в процессе
установления соединительного тракта. Методы вызова с применением
отдельных адресов позволяют после получения вызова на приемной
стороне вручную или автоматически устанавливатыю дуплексному
178
или симплексному радиоканалу соединение типа «пункт с
пунктом». \
С помощью специальных методов защиты от ошибок при
низких и средних скоростях в дуплексных радиоканалах может быть
достигнуто качество передачи, сравнимое с качеством на
проводных линиях связи. Поэтому коротковолновые каналы могут также
быть включены в состав имеющихся телеграфных сетей и сетей
передачи данных.
4.3. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ПО РАДИОКАНАЛАМ
4.3.1. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТОЙ
При передаче данных в режимах типа F с центральной
несущей частотой (см. разд. 10.2.2) используется только аппаратура с
частотной модуляцией; режим F1 позволяет организовать один, а
режим F6 — два канала данных.
В режиме F1 осуществляется обычная двоичная ЧМ, при
которой частота принимает одно из двух характеристических
значений. В режиме F6, часто называемом режимом двукратной ЧМ,
используются четыре характеристических значения частоты, с
помощью которых передаются два независимых друг от друга
сообщения. В табл. 4.1 указано соответствие между передаваемыми
частотами и значащими позициями в двух образующихся при этом
каналах, установленное Рекомендацией 346-1 МККР [4.6].
Таблица 4.1
Соответствие между значащими позициями сигналов в двух каналах
и передаваемыми частотами в режиме F6
Передаваемая частота
Значащая позиция в канале /
Значащая позиция в канале 2
11
1
1
f.
1
0
f,
0
1
и
0
0
Организация более двух каналов таким методом обычно
нецелесообразна, так как для п каналов требуется 2"
характеристических частот, разделить которые на приеме при реальной полосе
каждого из каналов было бы довольно трудно. Вообще в
настоящее время режим F6 по сравнению с режимом F1 имеет меньшее
практическое значение.
В устройствах для модуляции и демодуляции сигналов
данных в коротковолновых радиоканалах используются те же
принципы, которые уже были рассмотрены в разд. 1.2.1 при описании
аппаратуры ЧМ для телефонных сетей. Поэтому далее
остановимся подробно только на таких особенностях радиоаппаратуры
с ЧМ, которые отличают ее от аналогичной аппаратуры, предназ-
179
наченной для проводных линий связи, и обусловлены
специфическими требованиями передачи по коротковолновым радиоканалам.
Для того чтобы работа модуляторов и демодуляторов в режиме
с центральной несущей частотой не зависела от ее значения, в
этих устройствах используется единая промежуточная частота,
которая обычно равна 30 кГц. В зависимости от стабильности
частоты в тех блоках аппаратуры, которые преобразуют несущую
частоту коротковолнового канала в промежуточную частоту 30 кГц, для
модуляторов устанавливается та или иная девиация частоты (от
±20 до 1500 Гц), а в режиме F6 — те или иные интервалы между
характеристическими частотами (например, от 100 до 400 Гц). С
учетом девиации частоты приближенно выбираются полосы
пропускания фильтров на передаче и приеме, обеспечивающие
возможно более ввысокое отношение сигнал/шум. Дальнейшее
увеличение этого отношения достигается за счет переключения фильтра
нижних частот в демодуляторе (см. разд. 1.2.1) в соответствии со
скоростями передачи (до 200 Бод). Кроме того, с помощью схемы
коррекции отклонений частоты (см. том 1, разд. 5.2.2)
недостаточная стабильность высокой частоты, нередко свойственная старым
радиопередатчикам, на приеме может быть скомпенсирована в
довольно широкой области (несколько сотен герц) без
сколько-нибудь заметного увеличения краевых искажений. Поскольку в
приемниках система автоматической регулировки уровня обычно не
реагирует на его
кратковременные занижения, то к
динамическому диапазону
усилителя-ограничителя,
компенсирующего такие
занижения, предъявляются
особенно высокие требования.
Современные усилительные
элементы (например,
операционные усилители)
позволяют компенсировать без
заметного увеличения краевых
искажений, как это видно из
рис. 4.6, занижения уровня
до 70 дБ. В состав нового
радиоприемного
оборудования обычно входит
контрольный индикатор на светодио-
Рйс. 4.6. Краевые искажения как функция ДЗХ, ^который служит для
занижения уровня на входе приемного уст- точной регулировки оборудо-
ройства при использовании режима F1:
кривая / — девиа* ия частоты 100 Гц, скорость
модуляции 50 F I, полоса частот 300 Гц;
кривая 2 — девиацт 1астоты 400 Гц, скорость
модуляции 200 Бод, IK юса частот 1400 Гц
180
20
15
10
5-
_1_
10
20 30 40 50 60 70 80 90 дБ
Занижение уровня приема
вания и оптимальной
настройки на неизвестную
девиацию частоты [4.7, 4.8, 4.9].
4»3.2. АППАРАТУРА ДЛЯ ОДНОПОЛОСНОЙ ПЕРЕДАЧИ
|В режимах типа А (см. разд. 4.2.2), используя модуляцию с
одной боковой полосой (ОБП), можно организовать один или
несколько радиоканалов тональной частоты. В низкочастотной
области канал ТЧ занимает полосу от 300 до 3400 Гц*. Такой канал
можно использовать, как и канал ТЧ высокочастотной системы,
для организации нескольких низкоскоростных (до 200 Бод)
телеграфных каналов и каналов данных или же для передачи данных
с высокой скоростью (до 4800 бит/с).
Для разделения канала ТЧ иа несколько телеграфных каналов
или каналов передачи данных в настоящее время имеются в
распоряжении системы тонального телеграфирования по
коротковолновым радиолиниям (ТТКР), которые работают на основе
известных принципов частотного разделения (см. разд. 1.4.2.2).
Интервалы между средними частотами отдельных каналов в таких
системах тонального телеграфирования (ТТ) равны или кратны 170 Гц
[4.10]. Так же как и в системах ТТ для проводных линий,
девиация частоты составляет четверть интервала между средними
частотами. В зависимости от скорости модуляции при передаче
сообщения и применяемого метода синхронизации разделение канала ТЧ
на телеграфные каналы может осуществляться по-разному (табл.
4.2). Максимально возможная скорость передачи, как известно,
Таблица 4.2
Системы тонального телеграфирования для коротковолновых каналов (ТТКР)
Скорость передачи в режиме, бит/с
асинхронном 1 синхронном
50
!00
100
200
Частотный
интервал между
каналами, Гц
170
340
Девиация
частоты, Гц
+ 42,5
±85
Число каналов в
полосе ТЧ
ООСТ1
зависит от допустимых краевых искажений в линии связи (см.
разд. 1.2.1.1). В то время как при асинхронном режиме краевое
искажение не должно превышать 5%, при синхронном режиме, если
отсчеты сигнала данных берутся в серединах импульсов,
допустимо более сильное искажение (до 10%). а поэтому и более
высокая скорость модуляции.
По своему устройству передающее оборудование систем ТТКР
* Такой капал ранее обычно называли стандартным телефонным каналом;
использованный в оригинале термин также в буквальном переводе означает
«телефонный» или «разговорный» канал. Однако применяется этот термин к
любому каналу с указанной выше полосой пропускания независимо от того, служит
ли он для телефонной связи или для других целей. Поэтому термин «канал
тональной частоты», установленный, в частности, [9*], безусловно, лучше
отражает смысл понятия. (Прим. ред.)
181
в основном соответствует аналогичному оборудованию систем ТТ
для проводных линий связи, однако приемное оборудование из-за
сложных условий распространения радиоволн требует значительно
больших затрат. Так, например, для того чтобы переходные
помехи были достаточно малыми и при селективных замираниях,
затухание приемного фильтра вне полосы пропускания должно
составлять не менее 60 дБ. Кроме того, в приемнике системы ТТКР из-за
более сильных колебаний уровня приема усилитель-ограничитель
должен иметь больший динамический диапазон [4.9, 4.11].
Системы коротковолновой связи с ОБП могут быть
использованы и для передачи данных со скоростью до 4800 бит/с во всей
полосе частот канала ТЧ. Вследствие многолучевого распространения
коротких волн (см. разд. 4.2.1) и связанных с этим значительных
колебаний времени их пробега единичный интервал
(длительность посылки) должен составлять по меньшей мере 5 мс.
Поэтому по радиоканалам данные обычно передаются последовательно
лишь при скоростях до 200 бит/с. При передаче со скоростью
свыше 200 бит/с поток данных разделяется на несколько
параллельных каналов с соответственно более низкими скоростями.
Такова, например, рекомендуемая МККР система для передачи
данных со скоростью 1200 бит/с по радиоканалу с полосой канала ТЧ
[4.12]. В этой системе поступающие от источника данные с
помощью последовательно-параллельного преобразователя
распределяются по 12 параллельным каналам, каждый из которых при
выборе интервала между ними 170 Гц (см. табл. 4.2) обеспечивает
синхронную передачу со скоростью 100 бит/с.
Имеется и другой метод, который обеспечивает гораздо более
высокую удельную скорость передачи. Он основан на
использовании того факта, что в процессе передачи по коротковолновому
радиоканалу разности фаз между колебаниями соседних несущих
частот сравнительно стабильны, а случайные колебания времени
распространения сигналов при скорости 200 бит/с оказывают на
отсчет единичного элемента относительно слабое влияние.
Рассматриваемый метод включает в себя частотно-разностную
фазовую модуляцию сигналов (см. том 1, разд. 4.3.3) и (так же, как и
предыдущий) распределение последовательно поступающих
данных по параллельным каналам. В отличие от фазоразностной
модуляции, при которой информация содержится в разности фаз
двух следующих друг за другом элементов одного и того же
несущего колебания, при частотно-разностной фазовой модуляции
для представления передаваемой информации служит разность
фаз двух несущих колебаний разных частот. Этот метод позволяет
вести передачу данных по каналу ТЧ, организованному на
коротковолновой радиолинии, со скоростью 4800 бит/с [4.13, 4.14].
4.3.3. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СВЯЗИ
С ПОМОЩЬЮ РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА
Действие помех, вызванных замираниями, при передаче
данных по коротковолновым радиоканалам можно ослабить, если
осуществлять прием одного и того же сообщения по двум или
нескольким сигналам, т. е. по нескольким ветвям разнесения
(разнесенный прием). Для этого на приеме можно установить, например,
две удаленные друг от друга антенны. При таком виде разнесения
используется тот факт, что помехи, обусловленные селективными
замираниями, появляются на двух достаточно удаленных друг от
друга антеннах обычно не одновременно, так что по крайней мере
Y
V
ид
Мод
РПрд
I РПрм
Дем
'
ид
Мод
Схема
Еыбора
u
РПрм
Дем
ПД
а2)
■9~\ Мод1
ид -.
Мод2 —'
РПря
у у
б)
PflDM - i
Дем1
♦
УР
^
'
X
пд
Дем2 ■
Рис. 4.7. Разнесенный прием:
о) пространственное разнесение: al) — разнесение приемных устройств; а2)
разнесение антенн; б) разнесение по частоте; ИД — источник данных; ПД —
получатель данных; Мод — модулятор; Дем — демодулятор; Мод 1, 2 —
модуляторы с различными рабочими частотами; Дем 1,2 — демодуляторы с
различными рабочими частотами: Рпрд — радиопередатчик; Рпрм — радиоприемник;
УР — устройство управления разнесенным приемом; 2 — сумматор
183
одной из них будет принят нормальный, без замирания, сигнал
(пространственное разнесение). При пространственном разнесении
могут применяться либо два отдельных радиоприемных
устройства (разнесение приемных устройств, рис. 4.7а1), либо только один
приемник, который с помощью дополнительного устройства
подключается к одной из антенн по выбору (разнесение антенн, рис.
4,7а2). Аналогично можно передавать одно и то же сообщение по
двум каналам на разных частотах (разнесение по частоте, рис.
4.76). С целью дальнейшего повышения качества связи два
указанных метода разнесения могут применяться и совместно [4.5,
4.9].
На приеме при обработке сигналов, поступивших по разным
ветвям разнесения, обычно производится сравнение уровней
приема в этих ветвях. Если амплитуды сигналов различаются не очень
существенно, например не более чем на 7 дБ, то полученные после
демодуляции напряжения суммируются и затем общей выходной
(решающей) схемой преобразуются в двоичный сигнал. Такое
сложение позволяет повысить отношение сигнал/шум, так как
полезные составляющие, содержащиеся в сигналах отдельных ветвей,
коррелированы между собой, а наложенный на них шум, как
правило, некоррелирован. При различии уровней в Еетвях более чем
на 7 дБ ветвь с самым слабым сигналом не используется,
поскольку снимаемый с нее сигнал не улучшил бы отношение
сигнал/шум.
Эффективность такого рода обработки уровней при
разнесенном приеме, однако, существенно снижается, если в среде
распространения действуют сильные посторонние помехи. Поэтому
(особенно в связи с использованием специальных систем защиты от
ошибок) для выявления и отключения ветви приема, пораженной
помехами, привлекаются и более сложные критерии искажения
сигналов и кодов [4.15].
4.4. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОШИБОК
При передаче данных по коротковолновым радиоканалам
несмотря на применение разнесенного приема и методов модуляции,
специально приспособленных к свойствам таких каналов, частота
появления ошибок из-за многочисленных и разнообразных помех
в среде распространения нередко оказывается недопустимо
большой. Существенного повышения качества связи в этом случае
можно достичь только с помощью специальных устройств защиты от
ошибок (УЗО). Последние, в отличие от систем защиты от
ошибок, применяемых при передаче данных по проводным линиям,
обычно относятся к каналу связи, а не к оконечному
оборудованию данных. Поэтому методы защиты от ошибок в радиоканалах,
во многом сходные с некоторыми процедурами передачи данных,
необходимо рассмотреть здесь несколько подробнее. Применяемый
184
в том или ином случае метод тесно связан с эксплуатационными
требованиями к радиоаппаратуре и особенностями ее реализаций.
В зависимости от вида радиоканала (см. разд. 4.2.3) различают
следующие методы.
При использовании дуплексных каналов защита данных от
ошибок осуществляется с помощью кодов, обнаруживающих
ошибки; отрезок сообщения, оказавшийся искаженным помехой,
повторяется по запросу, посылаемому на передающую сторону по
постоянно действующему обратному каналу.
В случае симплексных каналов для защиты данных также
используются коды, обнаруживающие ошибки, однако для посылки
запроса или подтверждения приема передача основной
информации периодически прерывается и производится переключение на
работу в обратном направлении.
При передаче по каналам односторонней связи ошибки могут
исправляться непосредственно в месте приема с помощью
корректирующих кодов.
4.4.1. ПРИМЕНЕНИЕ КОДОВ, ОБНАРУЖИВАЮЩИХ ОШИБКИ
Системы защиты от ошибок, основанные на использовании
кодов, обнаруживающих ошибки, и автоматического запроса иа
повторение, применяются при передаче данных и телеграфной связи
уже многие годы и рекомендованы МККР [4.16]. Такие системы
часто сокращенно называют системами АЗО (автоматический
запрос при ошибке) или, от английского выражения «automatic
request» — системами ARQ *. Для обнаружения ошибок
применяется семиэлементный равновесный двоичный код. Из общего числа
27= 128 возможных семиэлементных комбинаций в нем
используется только ( | = =35 комбинаций равного веса, в каждой из
которых четыре разряда всегда заняты нулями, а три —
единицами из которых составлен, в частности, Алфавит № 3 МККТТ (см.
том 1, разд. 2.4.4.2, а также [4.17]). Тридцати двум из них
приведены в соответствие знаки Алфавита № 2, остальным трем
соответствуют знаки холостого хода а и |3, которые служат для
выполнения некоторых коммутационных функций, и знак запроса :по
каналу обратной связи иа повторение RQ. Каждая кодовая комбинация,
в которой соотношение числа единиц и нулей отличается от 3:4,
рассматривается на приемной стороне системы АЗО как ошибочная,
и на передающую сторону автоматически посылается запрос на
■повторение.
* В оригинале приведен только английский вариант сокращения. В
отечественной литературе такое обозначение обычно не используется, поэтому в
переводе оно всюду заменено соответствующим русским сокращением АЗО. {Прим.
ред.)
■185
Этот метод не дает результата при ошибках типа перестановок,
когда одна или несколько единиц перешли в нули, а точно такое
же число нулей перешло в единицы, так что упомянутое весовое
соотношение единиц и нулей остается равным 3: 4. Однако в
коротковолновых радиоканалах, поскольку в них ошибки носят
преимущественно односторонний характер и перестановки появляются
крайне редко, равновесные коды оказываются при обнаружении
ошибок весьма эффективными.
Используемая в коротковолновых каналах система АЗО в том
виде, который описан выше, обеспечивает передачу только 32
'комбинаций Алфавита № 2 МККТТ. Однако системы, работающие по
такому принципу, применимы и в случае кодирования источника с
помощью кодов большего объема (например, Алфавита № 5).
Эффективность подобных новых систем сравнима с эффективностью
ныне действующих, систем АЗО [4.18].
Принцип автоматической коррекции ошибок путем повторения
знаков, первоначально принятых ошибочно, 'предполагает, что во
время повторения обычный обмен сообщениями между
оконечными установками прерывается. Чтобы несмотря на это абоненты
могли работать непрерывно, на входе передающей аппаратуры
системы АЗО устанавливается буферное запоминающее устройство
для сообщений, поступающих во время процесса повторения.
Одновременно с помощью таких буферных накопителей —
механических (с применением перфоленты) или электронных ЗУ —
устраняются небольшие расхождения в скоростях работы оконечного
оборудования, которые могут, например, иметь место при передаче
между США (45, 46 Бод) и Европой (50 Бод), а также,
разумеется, и другие малые отклонения скорости от ее номинального
значения. Затем с помощью импульсов считывания, поступление
которых на то время, пока шел процесс повторения, было прервано,
накопленные в ЗУ знаки поочередно направляются на передающие
блоки системы АЗО. Блоки подключения, специально
разработанные для систем АЗО, вместе с буферными накопителями
обеспечивают подсоединение таких систем к национальным сетям и их
применение в международной сети Телекс [4.19, 4.20].
4.4.1.1. ДУПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ АЗО
Структурная схема системы передачи данных по
коротковолновому каналу, работающей по методу АЗО с применением
Алфавита № 2 МККТТ при скорости 50 Бод, приведена на рис. 4.8.
Система защиты от ошибок типа АЗО включает в себя расположенные
в каждой из оконечных установок устройства для преобразования
кода ООД в помехоустойчивый канальный код и обратно, а также
схемы для проверки весового соотношения 3:4 каждой
принимаемой комбинации, управления процессом повторения и запоминания
186
Установка I
ид
п"Д
i
* 1
ФЗ
1'—]
А
1
еол
пря
Прм
А"}П
1
-U
1
1
1
Мод
*1—|Дем
1
-Нрпрд—'
Установка II
РПрм*
Дем
—1 " *= ,.
РПрм—' '—
РПрд-
Мод
Прм
Прд
пд
ФЗ
ид
т
АЗО ООД
Рис. 4.8. Система АЗО для дуплексных каналов:
ИД —источник данных (периодически опрашиваемый); ПД — получатель данных- ФЗ —
базирование по знакам; Мод - модулятор; Дем - демодулятор; Рпрд _ радиопередатчик;
^ZLT.P л^ПрИ„еМНИК: А3° ~ СИСчТема !?щиты от оши6ок (стоматического запроса при
ошибке), Нрд — передающее устройство; Прм — приемное устройство
подлежащих повторению знаков*. Согласно Рекомендации 342-2
МККР [4.16] и Рекомендациям S.12 и S.13 МККТТ [4.21, 4.17]
длительность одного семиэлементного кодового знака составляет
1та g мс; таким образом, скорость передачи изохронной последо-
Передатчик
Установка I <
^ Приемник
' Приемник
Остановка II;
^Передатчик
Продолжающаяся
передача
г^
-1-
г^
.м
1 L—I ' 1 *—1
s 1 I 1 с
Повторение
д'а'ННМх ИЗ 3/
Новая запись
прекращена —**-
Н
"t~
~П
Времп =»~
Рис. 4.9. Ход процесса повторения в системе АЗО для дуплексных каналов-
— ошибочный знак; RQ — знак запроса на повторение
Перечисленные блоки и схемы входят в состав устройств защиты от
ошибок (УЗО), каждое из которых является частью АПД соответствующей
оконечной установки [4*]. (Прим. ред.)
187
вательности битов по радиоканалу равна 48 бит/с.
Общий принцип организации процесса повторения в
дуплексном канале поясняет рис. 4.9. Сразу же после обнаружения
ошибочного знака в приемнике установки II передача полученной
информации на ООД прекращается на время, равное длительности
нескольких знаков, и передатчик установки II с помощью сигнала
RQ запрашивает от установки I повторение ранее переданного
знака (рис. 4.9, сигнал /). В этой установке после получения
упомянутого сигнала запроса дальнейшая передача сообщения
прерывается и начинается процесс повторения. При этом сначала в
качестве квитирующей информации посылается сигнал RQ (рис. 4.9,
сигнал 2), а затем повторяются последние .из переданных на
установку II знаков. Первый повторяемый знак — это тот знак,
который был принят установкой II с ошибкой. Длительность цикла
повторения охватывает несколько знаков (в рекомендуемых МККР
системах — четырерили восемь знаков)..Она зависит от
максимального времени распространения сигнала по каналу связи в прямом
и обратном направлениях, а также от времени, которое необходимо
на приеме для того, чтобы обнаружить ошибку и послать запрос.
Для организации нескольких каналов передачи данных в одном
коротковолновом канале с АЗО используются методы временного
разделения (см. раед. 1.4.2.3). В двухканальной системе сигналы
отдельных каналов объединяются по знакам: сразу же за семью
последовательно передаваемыми элементами знака из канала А
(Л]... А7) идут семь элементов знака из канала В (В\.. .В7) и т. д.
Пару знаков (А\А2. ■ ■ A7BiB2.. .В7) двух объединенных каналов
называют диплексом. Этот диплекс может объединяться с другим
таким же диплексом, относящимся к каналам С и D, в
поэлементном порядке (А1С1А2С2 ... A7C7BlDl.. .B7D7) в четырехканальный
сигнал. Поскольку скорости передачи в отдельных каналах
остаются неизменными, скорость общего потока битов в двухканальной
системе равна двукратной, а в четырехканальной системе —
четырехкратной скорости отдельного канала, которая составляет
48 бит/с.
Можно и наоборот, образовать подканалы с пониженной
скоростью 'передачи с помощью сверхцикла, охватывающего четыре
основных цикла. Подобная возможность представляет интерес для
таких абонентов, которым постоянно нужен канал, хотя бы и со
скоростью передачи меньше 50 Бод. Упорядочение (индикация
номеров) подканалов при этом осуществляется путем периодического
инвертирования (т. е. переключения полярностей) элементов,
относящихся к тому .или иному каналу, причем порядок этого изменения
однозначно указывает и начало сверхцикла. Различают
«полуканалы» и «четвертьканалы»: при полной пропускной способности
первоначального канала, составляющей, например, 400 знаков/мин
(что соответствует скорости 50 Бод), пропускная способность каж-
188
дого такого подканала равна соответственно 200 или 100
знакам/мин (т. е. 25 или 12,5 Бод) [4.9, 4.22].
4.4.1.2. СИМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ АЗО
В малых радиостанциях и подвижных системах радиосвязи из-
за трудностей, сопряженных с установкой антенн или выделением
рабочих частот (см. разд. 4.2.3), отдельный обратный канал
удается организовать не всегда. В таких случаях для защиты данных от
ошибок применяются симплексные системы АЗО, в которых
работа на передачу и прием осуществляется поочередно. После
передачи закодированных знаков при таком методе в обеих установках
производится изменение направления связи, а затем установка,
работавшая до этого на прием, посылает на противоположную
сторону сигнал запроса повторения или сигнал подтверждения. Чтобы
сохранить в течение времени, когда происходит ввод п знаков, без
изменения скорость работы оконечного оборудования данных
(устройств ввода — вывода), блок из такого же числа п закодированных
знаков передается со скоростью, в несколько раз превышающей
скорость ввода, например с двойной скоростью. Освободившийся
при этом интервал времени используется для передачи в обратном
направлении сигналов запроса и подтверждения, а также для
компенсации запаздывания сигналов в канале связи и
радиоаппаратуре.
Диаграмма процесса повторения знаков при симплексном
методе АЗО представлена на рис. 4.10. Знаки, поступающие от
источника данных передающей оконечной установки, так же как и при
Передающая оконечная
■установка
источник
данных
(опрашиваемый)
П1
и
Лопатчик NR|o| 1ФМ
Приемник
Принимающая
©конечнап установка
Приемник
QSI-ПГ QS1
Передатчи
K_Qsf£x _9siJx Qs2~h~ qsitt qs'TT ?mi
Получатель
данных
R О
14"
Время-
Рис. 4.10. Ход процесса повторения в системе АЗО для симплексных каналов:
QS1 —сигнал подтверждения I; QS2 —сигнал подтверждения 2; * — ошибочный знак;
RQ — знак запроса на повторение
189
описанном выше дуплексном методе АЗО, преобразуются в
комбинации семиэлементного равновесного кода. Передающая установка
направляет блок данных, состоящий, например, из трех
закодированных знаков, на приемную установку, и если сигнал был принят
без помех, эта установка после изменения направления работы
передает в обратном направлении, т. е. на .первую установку, сиг-
кал подтверждения QS1 (рис. 4.10, сигнал 1); после
безошибочного приема второго блока посылается сигнал подтверждения QS2.
Поскольку в обратном направлении передаются только знаки
управления, для упомянутых подтверждений QS1 и QS2 можно
выделить определенные комбинации семиэлементного кода. Итак, при
безошибочном приеме в обратном направлении поочередно
передаются квитирующие сигналы QS1 и QS2.
Если же в каком-либо блоке обнаружен ошибочный знак (т. е.
в кодовой комбинации весовое соотношение 3:4 нарушено), то
посланный перед этим сигнал подтверждения повторяется (рис. 4.10,
сигнал 2), что служит для передающей установки командой на
повторение последнего блока данных до тех лор, пока он не будет
зарегистрирован принимающей установкой как безошибочный.
Если сам сигнал подтверждения принят передающей установкой с
ошибкой (рис. 4.10, сигнал 3), то она в свою очередь с помощью
блока из трех знаков запроса RQ требует повторения последнего
посланного сигнала подтверждения. На время, пока идет процесс
повторения, как и при дуплексном методе АЗО, считывание
знаков, поступающих от источника даеных, или соответственно,
выдача знаков получателю данных прерывается [4.23].
4.4.2. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОШИБОК
С ПРИМЕНЕНИЕМ КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОДОВ
Некоторые системы радиосвязи рассчитаны только на
передачу в одном направлении, т. е. получатель информации вообще не
имеет возможности вести передачу (см. разд. 4.2.3), и
следовательно, методы АЗО неприменимы. При меогоадресной или
циркулярной связи одной центральной установки со многими
периферийными установками методы АЗО, которые приспособлены
только к системам связи типа «пункт с пунктом», также нереализуе-
мы. В этих случаях 'применяются методы, обеспечивающие
текущее исправление ошибок непосредственно в месте приема. В
соответствии с сокращением английского выражения «forward
error correction» системы с текущим исправлением ошибок
называют FEC-системами.*
Особенно эффективное исправление ошибок достигается при
использовании сверточиых кодов (см. том 1, разд. 2.4.4.2). Эти
* В литературе на русском языке аналогичного сокращенного обозначения,
которое было бы общеупотребительным, для таких систем нет. (Прим. ред.)
190
годы удается достаточно хорошо приспособить для борьбы с
помехами, характерными для радиоканалов, например селективными
замираниями, приводящими к группированию ошибок, и
случайными шумами. Так как при сверточном канальном кодировании
информационные элементы передаются без изменения (>код
является систематическим), то таким способом может
обрабатываться любой код .источника данных; иначе говоря, эти канальные
коды по отношению \к кодированию источника являются
«прозрачными»*. Кроме того, 'применение сверточных кодов с пороговым
декодированием обеспечивает весьма простую реализацию
кодирующих и декодирующих устройств.
В коротковолновых каналах особенно эффективным оказался
расширенный сверточный код со скоростью 1/2 (см. том 1, разд.
2.4.4.1) [4.24, 4.25]. Для пояснения основного принципа такого
кодирования рассмотрим несколько простых блок-схем. В кодере
(рис. 4.11) информационные элементы, поступающие от источнн-
■■■'з'гЧ
ид -
v п
PC
г r--V-
w ^--
'
—(-1
Й
...Р2.2Р,1,
.м
2\/
•••Р3Р2Р1
Рис. 4.11. Кодирующее устройство для расширенного сверточного кода с
кодовой скоростью 1/2:
ИД — источник данных; М — мультиплексор; PC — многоразрядный регистр сдвига;® —
сумматор по модулю два; / — информационные элементы; Р — проверочные элементы;
v — скорость модуляции источника данных
ка данных со скоростью v, подаются на многоразрядный регистр
сдвига PC и одновременно иа мультиплексор (устройство
.временного объединения) М, установленный на выходе. Для
образования проверочных элементов Р определенные информационные
элементы, уже 'введенные до этого, в регистр сдвига, в
соответствии с порождающим полиномом суммируются с 'Помощью ячеек
сложения по модулю два. Мультиплексор передает
информационные и проверочные элементы поочередно. Поскольку число
проверочных элементов обычно равно числу .информационных
элементов, которые поступают от источника данных без изменения, то
передача по каналу связи должна идти с удвоенной скоростью
(2v).
В декодере (рис. 4.12) принятые элементы сигнала сначала
попадают на демультиплексор (устройство временного разделе-
* Аналогично тому, как называют «прозрачным» канал, допускающий
передачу с варьируемой скоростью (см. разд. 1.4.2.3). (Прим. ред.)
191
ния), который делит их на две последовательности — одну из
информационных, а вторую из проверочных элементов.
Информационные элементы после этого поступают на регистр сдвига PC и
ячейки сложения по модулю два, которые соединены между
собой так же, .как на передающей стороне, и формируют
соответствующие проверочные элементы Ре. Затем (с помощью еще одной
ячейки сложения по модулю два) принятые проверочные
элементы Р' и проверочные элементы, сформированные на приеме, Ре
сравниваются между собой. В случае обнаружения различия, т. е.
ошибки, во второй регистр сдвига (синдромный регистр СРС)
' -P^WI»
Рис. 4.12. Декодирующее устройство для расширенного сверточного кода с
кодовой скоростью 1/2 и пороговым декодированием:
Д — демультиплексор; PC — многоразрядный регистр сдвига; СРС — многоразрядный сии-
дромньш регистр (регистр ошибок); ПД — получатель данных; ОС — обратная связь;
ф — сумматор по модулю два; /' — принятые информационные элементы; 7К —
исправленные информационные элементы; F" — принятые проверочные элементы; Ре — проверочные
элементы, рассчитанные на приемной стороне; v — скорость модуляции источника данных
вводится указывающий на это символ (единица). При том или
ином распределении ошибочных элементов в канале по времени в
определенных (зависящих от вида порождающего полинома)
ячейках регистра сдвига СРС появляется тот или иной синдром
(код ошибок), который используется для исправления ошибок' с
помощью пороговой логики по следующему правилу.* Если в
приведенном примере (см. рис. 4.12) на четырех входах блока
пороговой логики одновременно появляется не более двух единиц, то
исправления не 'производится. Если же появляется три или четыре
единицы, то соответствующий информационный бит, который
снимается в этот момент с выхода регистра PC, считается
ошибочным и инвертируется.
* В общем случае перед пороговым декодированием синдром подвергается
линейному преобразованию. Это видно и из рис. 4.12, где показано сложение
двух элементов синдрома по модулю два. (Прим. ред.) ■
192
Если ошибки всегда сгруппированы в пачки (пакеты) и длина
каждой пачки .меньше, чем расширение кода, то элементы
синдрома не могут перекрываться; вое ошибки в '.пределах такой пачки
поддаются исправлению. Для этого, однако, необходимо, чтобы в
последующем защитном интервале, который соответствует
примерно трехкратной максимальной длине поддающихся
исправлению пачек ошибок, прием был безошибочным. В отдельных
случаях, в зависимости от распределения элементов в синдроме,
могут исправляться и случайно распределенные ошибки [4.24, 4.26].
5. ИЗМЕРЕНИЯ В ТЕХНИКЕ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
5.1. ВВЕДЕНИЕ
К сетям связи обычно предъявляются высокие требования в
отношении надежности их оборудования и качества передачи. Для
обеспечения безотказной работы оборудование нуждается в
регулярном контроле ,и техническом обслуживании. Уже по этой
причине измерения и контроль -играют важную роль в технике связи.
Кроме того, соответствующая измерительная аппаратура, подчас
довольно сложная и иепециальная, необходима при разработке,
производстве и вводе ,в эксплуатацию различных устройств и
систем связи [5.1, 6.2].
Пользователи тех или иных систем передачи информации в
первую очередь ожидают от них высокого .качества передачи. В
сетях связи, но которым передаются дискретные сообщения,
показателем этого- качества является коэффициент ошибок,
выражающий относительную частоту появления ошибочно принятых
элементов сообщения. Он зависит от характеристик канала связи,
применяемого метода передачи « действующих на сигналы помех,
т. е. имеет различные значения в разных .каналах и системах
связи (см. том 1, разд. б).
Для безошибочного восстановления сообщений,
представленных в дискретной форме, особое значение имеет характеристика
приемного устройства, которую можно назвать его исправляющей
способностью, или областью допустимых искажений сигнала. Она
определяется тем максимальным интервалом времени, в пределах
которого смещение отсчета сигнала еще не препятствует
надежному распознаванию соответствующей значащей позиции на
.приеме. Дело в том, что при передаче сигнала его значащие моменты
под влиянием искажений и помех в канале связи смещаются.
Если это смещение выходит за пределы упомянутого интервала,
на приеме значащая позиция сигнала и соответствующий символ
7—11 193
уже не могут считываться верно и при декодировании 'появляется
ошибочный знак (рис. 5.1). Исправляющая способность
выражается, таким образом, максимально допустимым краевым
искажением, которое еще может быть исправлено в приемнике, т. е. она
-характеризует границу между 'Правильным и ошибочным
приемами. Переход через границу не является непрерывным, а
происходит скачком. При измерении коэффициента ошибок необходимо,
чтобы краевые .искажения превысили исправляющую способность
исследуемого приемника. Для оценки помехоустойчивости систе-
-П.
a) JL
LT
I.......T 2 i I 1 .1
-I 1_*г
_П TLlJ LT'
/В) jl
-i : i i l i i
в) JL
-1 L
L
"■ppewn-
Рис. 5.1. Ошибка в изохронном
двоичном сигнале, обусловленная
помехами при передаче:
я) неискаженный сигнал с отсчетным
растром; б) сильно искаженный
помехами . сигнал с тем же отсчетным
растром; в) ошибка F, появившаяся
при считывании искаженного
сигнала
s1 _3
S2 ~K
а) -^ !
I
i
i
fil I
К/
1
1 I
\ 1
1 1
1 ]
1 1
1 1
и \^—'
! -j
i i
i |
i i
Время £*-
Рис. 5.2. Преобладание:
а) временная диаграмма демодулиро-
ванного сигнала после передачи по
каналу с ограниченной полосой частот:
Si и S2 — неправильный и правильный
уровни отсчета; б) временная
диаграмма восстановленного двоичного сигнала
с преобладанием, обусловленным
ошибочным положением уровня отсчета
(для Сравнения пунктиром показан
неискаженный сигнал)
мы определяют качество передачи и ниже границы между
правильным и ошибочным приемами. С целью такой оценки
измеряются краевые искажения, однако в качестве меры качества они
используются только применительно к асинхронным системам связи.
В соответствии с различными формами проявления краевых
искажений их подразделяют на несколько видов. Наиболее
важными из них в практическом отношении являются преобладания,
случайные искажения и характеристические искажения.
Преобладание возникает, например, из-за неправильного вы-
)а порогового уровня при отсчете (рис. 5.2). При таком
искажении .последовательности элементов все значащие интервалы,
соответствующие одной значащей позиции (см. разд. 5.3.1), удли-
194
няются, а другой — соответственно укорачиваются. Наиболее
отчетливо этот вид -искажений проявляется при наличии
последовательности чередующихся элементов одинаковой длины напоимеп
101010... или 11001.100... пример
При случайном искажении отклонение значащего момента от
его идеального -положения носит нерегулярный характер н
обусловлено случайными факторами. Эти отклонения могут иметь,
например, гауссовское распределеиие. Причинами их возникновения
являются различные случайные помехи и шумы.
Характеристические искажения, напротив, носят
систематический характер. Они вызываются переходными процессами,
которые происходят в канале связи при модуляции и зависят от его
характеристик (рис. 5.3).
1
+1
V5
6)
Время =»-
Рис. 5.3. Диаграммы, поясняющие на примерах причины характеристических
искажений (для наглядности переходные процессы показаны с преувеличением-
--■ — уровень отсчета): *
с; наложение переходного процесса 1 (относительно значения +1) н
неискаженного изменения сигнала 2, дающее искаженное изменение сигнала 3 (сдвиг
момента пересечения уров«я отсчета из точки U в точку t2); б) неполное
установление заданного значения при слишком коротком (для имеющейся полосы
частот канала) элементе сигнала; интервал между отсчетами искаженного
сигнала 4 по сравнению с неискаженным сигналом 5 сокращается
Часто канал связи состоит из нескольких последовательно
включенных участков. Показателями качества передачи,
характеризующими отдельные участки, являются соответствующие
краевые искажения. По ним можно рассчитать результирующее
искажение всего канала или тракта. Порядок такого расчета указан в
Рекомендациях R4 и R.ll MKKTT [5.3, 5.4]. В качестве примера
приведем здесь приближенную формулу для расчета общей
степени искажений б0 канала связи, состоящего из п последовательно
включенных участков:
t"=l t=l i=l
где 6Xi — степень характеристического искажения; bni — степень
преобладания и бСг — степень случайного искажения 1-го участка
канала.
7*
195
Рассмотренные выше причины и формы проявления искажении,
а также упомянутое сложение искажений, наблюдающихся на
отдельных участках тракта передачи, имеют место при передаче
двоичных сигналов с варьируемой скоростью по каналам с
ограниченной полосой пропускания. Некоторые особенности возникают
при использовании аппаратуры 'Временного разделения
«прозрачных» каналов (см. разд. 1.4.2.3). В этом случае момент изменения
значащей позиции передаваемого сигнала квантуется в
соответствии с некоторой системой оточетных точек (отсчетным -растром)
и передается в закодированной форме. Максимальное .искажение
на каждом участке канала при этом определяется погрешностью
отсчетного растра, отнесенной к длительности единичного
элемента (единичному интервалу). Суммирование искажений при
последовательном соединении нескольких таких участков рассмотрено
■в [5.5].
В сетях передачи данных для контроля качества передачи в
первую очередь измеряются краевые искажения. Для измерения
краевых искажений и ,их 'предельных значений в абонентских
линиях -целесообразно использовать автоматические измерительные
•устройства, установленные в коммутационных узлах. С помощью
аналогичных устройств могут регулярно контролироваться и
соединительные линии. В случае электронного .коммутационного
оборудования, управляемого с помощью ЭВМ, имеется
дополнительная возможность для контроля качества передачи путем расчета
краевых искажений по -специальной программе. В какой мере
будет использована эта возможность, а в какой мере 'будет
применяться также специальное измерительное оборудование —
покажет будущее.
Коэффициент ошибок и краевые искажения могут быть
измерены только в тех местах канала, где передаваемые сигналы
представлены в двоичной форме. В остальных местах условия
передачи, как правило, можно проверять н контролировать путем
измерения уровня сигнала, остаточного затухания, «еравномерностей
затухания и ГВЗ канала связи, а также имеющихся помех,
занижений уровня и перерывов, сдвигов частоты и фазового
дрожания.
5.2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ СВЯЗИ
Отличие характеристик канала связи от идеальных (см. том 1,
разд. 3), в частности зависимость затухания и группового времени
замедления от частоты, может вести к изменению формы
передаваемых сигналов [5.6]. Наряду с такими постоянными во времени
характеристиками и регулярными мешающими факторами, как
сдвиги частоты, эхо-сигналы, периодическое фазовое дрожание и
196
гармонические помехи, на сигнал оказывают действие различные
случайные помехи, например флуктуационный шум, и
кратковременные перерывы. Однако в первую очередь передачу данных
могут нарушать помехи импульсного типа (см. том 1, разд. 5.2). В
последующих разделах рассматриваются методы и аппаратура,
которые служат для измерения характеристик каналов связи и
помех.
5.2.1. ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ЗАТУХАНИЯ
Ток, напряжение и мощность затухают вдоль линии
экспоненциально (см. том 1, разд. 3.1.1). Поэтому вполне естественно и
целесообразно определять эти величины не в линейном, а в
логарифмическом масштабе. Величина, пропорциональная логарифму
отношения напряженки или мощностей, 1выражает уровень
соответствующей величины. (Уровень тока, как правило, не
рассматривается, так как измерение тока в линии обычно
затруднительно.) Разность уровней в двух точках линии характеризует
затухание между этими точками. Единицами .измерения уровней и
затуханий служат децибелы (дБ) или неперы (Нп). В технике
обычно употребляются децибелы.
В зависимости от того, по отношению к какой величине
определяется уровень, различают относительный и абсолютный
уровни. Бели напряжение Ux или мощность Рх в точке .измерения х
относят к напряжению UA или соответственно к мощности Ра на
входе системы (в начале линии), то получают относительный
уровень напряжения
<«t/)oTH = 20 Ig | UJUA I дБ = In I UjUA | Hn
или относительный уровень мощности
«о™ = Ю lg \PJPA I ДБ = -j- In | PJPA | Ни
в этой точке.
Если же значение напряжения Ux или мощности Рх в точке
х относят к определенному 'постоянному значению напряжения
U{ или мощности Р\, то получают абсолютный уровень
напряжения
nv = 20\g\UjUx\ дБ=1п|сЛД/,| Нп
или соответственно абсолютный уровень мощности
п= Wlg\PJPtl дБ = ^1п|Рх/Р1| Нп
в этой точке (см. том 1, разд. 3.1.1.1).
Уровень напряжения принято определять по отношению к
£/1 = 0,775 В. При определении уровня мощности опорным значе-
197
нием служит P[=il мВт; для 'единиц измерения при этом
используются обозначения дБм или Нпм (см. том 1, разд. 3.2.1).
Для определения перечисленных величин необходимы
соответствующие датчики и измерители уровней. Принципы действия
этих приборов, широко применяемых в технике связи, будем
предполагать здесь известными [5.7—5.10]. Такие приборы
рассчитаны на работу .в диапазонах частот, соответствующих каналам ТЧ
и высокочастотным системам (см. том 1, разд. 3.2.1, табл. 3.5).
Необходимо отметить, что наряду с обычно используемыми при
измерении уровня аналоговыми приборами, все большее значение
■приобретают измерительные устройства, в которых настройка
частоты и отсчет результата осуществляются в цифровой форме,
поскольку такой принцип оказывается наиболее целесообразным
■при создании автоматических измерительных установок [5.М].
При решении многих задач, связанных с измерениями уровней
и затухания, особенно в ВЧ системах, с успехом применяются
методы качания (вобуляции). При таком методе величина, от
которой зависит измеряемый параметр, например частота
измеряемого напряжения, подвергается непрерывному и периодическому
изменению в исследуемом диапазоне. Скорость изменения
ограничена снизу применяемым способом отсчета, а сверху ■—
переходными процессами в измеряемом объекте. Метод качания позволяет
в кратчайшее время получить частотную характеристику
затухания для изучаемого объекта, например линии связи,
непосредственно в виде кривой. Для отображения результата измерения
используются двухкоординатные самопишущие приборы, г. также (в:
устройствах для наблюдения диаграмм уровней)
электронно-лучевые трубки; при этом, ка.к правило, могут дополнительно
высвечиваться на экране линии уровня и частотные метки.* На приеме
с помощью частотного дискриминатора можно получить
временное отклонение, пропорциональное принимаемой частоте. Таким
образом, измерения по методу качания осуществимы и в реальных
каналах связи, когда передатчик и приемник установлены в
разных местах [5.12].
5.2.2. ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ И ГРУППОВОГО ВРЕМЕНИ
ЗАМЕДЛЕНИЯ
Передаточные свойства системы или канала связи обычно
характеризуются отношением выходной величины к входной. В
случае величин одинаковой размерности это отношение называют
(комплексным) коэффициентом передачи системы или линии свя-
* Приборы, работающие по принципу качания частоты и позволяющие
получать непосредственно графическое отображение характеристики, обычно
называют панорамными измерителями, или характериопрафами [19*, 26*, 27*1_
{Прим. ред.)
198
зи. Логарифм lnA=g=a+ib коэффициента передачи А носит
название комплексной степени затухания, где а .известна как
степень затухания (или просто затухание), s b — как фазовая
характеристика (или просто фазовый сдвиг) системы (см. том 1,
разд. 3.1.1.1).*
Теоретически идеальным для передачи дискретных сигналов
является такой канал связи, у которого в.рассматриваемой
полосе частот затухание а постоянно, а фазовый сдвиг Ъ линейно
нарастает с увеличением частоты. Пр.и таком условии все
гармонические компоненты сигнала изменяются по амплитуде и
задерживаются во времени одинаково. На практике в полосе пропускания
канала затухание, как правило, .непостоянно, а фазовая
характеристика нелинейна, поэтому при передаче сигналы изменяются
по форме. Изменения формы сигналов, обусловленные
неидеальностью частотных характеристик линии связи, являются
линейными искажениями и, следовательно, не зависят от модуляции.
Параметрами, характеризующими временные сдвиги
гармонических компонент, служат групповое время'замедления (ГВЗ)
■Xg=db/d(j3 и его отклонение от среднего значения** (рис. 5.4).
£-%Н
Частота, со
Частота со
Рис. 5.4. Характеристики линий связи в зависимости от частоты:
<о) затухание а; б) фазовый сдвиг b и групповое время замедления тя
Для измерения группового времени замедления используется
метод, предложенный Найквистом [5.13]. По исследуемой линии
связи передается ам'плитудно-модулированный сигнал. Чтобы
определить зависимости ГВЗ и затухания от частоты, несущую
частоту этого сигнала Q варьируют .в исследуемой полосе, в то время
как частота модуляции cos, имеющая в данном случае смысл
сдвига частоты, остается постоянной. Предполагается, что os меньше
* Параметры еа=|Л| и Ь, рассматриваемые как функции частоты, обычно
называют соответственно амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ)
характеристиками. (Прим. ред.)
** Называемое обычно неравномерностью ГВЗ. (Прим. ред.)
199
Q. При этом условии можно определить такие легко измеряемые
величины, как фазовый сдвиг и изменение амплитуды огибающей
AM колебания на разных частотах (рис. 5.5). Тогда групповое
время замедления в функции от частоты рассчитывается по
формуле
Tg (Q) =db (fi)/dQ « A b (Q)/cos.
Для того чтобы можно было измерять разности фаз и
амплитуд, в месте приема необходимо .иметь информацию об опорных
значениях фазы и амплитуды. Для измерения разности фаз нужно
ь = f m
1 №)
Частота.)?-^»-
Рис. 5.5. К определению группового
времени замедления re=Ab/as по
методу Найквиста
£2+ cjs "г,
Частота £1 *-
Рис. 5.6. График, поясняющий
измерение группового времени замедления Xg
путем переключения сигналов с
несущими частотами Qm (частота
измерения) и Q0 (опорная частота)
либо генерировать на приеме сигнал с частотой модуляции cos,.
который в течение всего процесса измерения должен сохранять
постоянную фазу, точно соответствующую фазе модулирующего
сигнала на передаче, ллбо передавать частоту модуляции по
вспомогательному каналу. Оба способа, если указанные операции
осуществлять непосредственно в низкочастотной области, в
практическом отношении имеют большие недостатки, поэтому необходимо'
искать другой путь их реализации. Гораздо .более удобным
оказывается, .например, такой способ, при котором на передаче
производится периодическое переключение высокой частоты. Несущие
колебания с частотой измерения Qm и опорной частотой iQ0
модулируются по амплитуде сигналом с частотой cos, и полученные
сигналы с частотами Qm±cos и ,Q0±cos поочередно передаются по
исследуемому .каналу связи (рис. 5.6). Фаза сигнала модулирующей
частоты, генерируемого на .приемной стороне, после каждого пе-
200
-ft +wc
Переключение несущей
частоты
риода такой манипуляции корректируется. Поскольку
длительность этого периода сравнительно невелика, к стабильности
генераторов частоты со, в данном случае уже не предъявляются особо
высокие требования. Кроме
того, при таком способе из
принимаемого сигнала можно
выделить сигнал управления,
позволяющий подстраивать частоту
генератора на приемной
стороне.
Описанный метод дает
возможность измерять как
неравномерность ГВЗ, так и
неравномерность затухания. Если на
частотах fim и Q0 значения
ГВЗ или затухания получаются
различными, то на приеме в
момент переключения несущей
частоты в модулированном
колебании появляется скачок
(рис. 5.7). Скачок фазы
характеризует неравномерность
ГВЗ:
Дт„(йm,Q0)=[Abm(Qm)~
—Afe0(Q0)]/cos,
а по скачку амплитуды можно
определить неравномерность
затухания
Ай(йт, Qo) = Gm(Qm)-a0(fi0)
исследуемого канала связи
[5.14, 5.15].
Время »—
Рис. 5.7. Амплитудно-модулированное
колебание с переключением
(манипуляцией) несущей частоты:
а) передаваемый сигнал с манипуляцией
несушей частоты; б) принимаемый
сигнал со скачком фазы .Дтв(Й0, й>п);
в) принимаемый сигнал со скачком
амплитуды Aa(Q0, Q,„)
5.2.3, ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
КАНАЛА СВЯЗИ
Измерения неравномерностей затухания и ГВЗ канала связи
требуют сравнительно больших аппаратурных затрат .(см. разд.
5.2.2), поэтому при текущем техническом обслуживании
прибегают .к более простым методам контроля канала. Один из
возможных путей такого контроля основан на методе ОПС (отношение
пикового н среднего значений* или Peak to Average Ratio PAR)
[5.16—5.20, 27*]. ' '
Строго говоря, в данном случае под ОПС понимается не само отношение
пикового значения к среднему, а некоторая величина, связанная с ним простой
-зависимостью, приводимой ниже. В отличие от пик-фактора, ОПС определяется
через среднее по модулю, а не средиеквадратическое значение напряжения
iJIpuM. ред.)
201
Согласно методу ОПС по проверяемому каналу в качестве
тестового сигнала передается периодическая импульсная
последовательность с достаточно длинными паузами между отдельными
импульсами. Фильтр, установленный на приеме, выделяет из
дискретного (линейчатого) спектра этой последовательности те
компоненты, которые попадают в -полосу частот, .используемую для
передачи данных. Отношение пикового и среднего значений линейно
выпрямленного принимаемого сигнала является мерой искажения
тестовых импульсов, обусловленного совокупным влиянием -всех
свойств и характеристик канала связи — лгеравиомерностей
затухания и ГВЗ, ограничения полосы частот, сдвигов частоты,
наличия эхо-сигналов и помех. Значение этого отношения
характеризует в целом качество канала, однако ничего не говорит о
причинах изменения формы тестовых сигналов. Таким образом, прибор,
измеряющий ОПС (PAR-метр), позволяет лишь простым способом
проверить, пригоден или непригоден для передачи данных тот шш
иной канал. При этом необходимо знать минимальное значение
ОПС, необходимое для реализации определенного метода
передачи.
Значение R „отношения ОПС определяется по формуле [5.18]
М
где Р — пиковое, а М — среднее значение линейно
выпрямленного напряжения на приеме (т. е. модуля (Напряжения); А —
некоторая 'постоянная. Если для неискаженного сигнала со средним
значением М принять R=l и Р=Ро, то получим А — 2М/Р0, и
формула для ОПС приобретает вид
Р0 М Р„
На практике ОПС обычно указывается в процентах; значение
100% получается .в случае идеального канала связи.
Если измеряемый канал включает в себя и высокочастотный
тракт, в котором используется однополосная амплитудная
модуляция (AM ОБЛ), то из-за различия в фазах колебаний несущей
частоты в модуляторе и демодуляторе форма тестовых импульсов
на приемной стороне, а следовательно, и значение ОПС
изменяются в соответствии с фазой используемого опорного сигнала
несущей частоты. Чтобы устранить эту зависимость, на приеме
следует измерять только огибающие тестовых импульсов.
5.2.4. ИЗМЕРЕНИЯ ПОМЕХ
5.2.4.1. НАПРЯЖЕНИЕ ПОМЕХ
Помехи в каналах связи могут быть обусловлены, например,
влиянием силовых электрических цепей и соседних каналов,
шумами усилительных элементов. Наряду с этим источниками помех
202
нередко служат несовершенные механические контакты,
соединения с Плохим качеством пайки, а также резкие колебания
нагрузки в близко расположенных силовых электрических цепях и
линиях (см\ том 1, разд. 3).
Таким .образом, как по происхождению, так и по своей
амплитуде и форуме помехи могут быть весьма разнообразными. Если
напряжения помех в соответствии с их частотой и амплитудой
оценивают, принимая в расчет субъективное восприятие их
человеком (псофометрически), то полученное при такой оценке
напряжение называют напряжением помех (шумов), или псофометри-
ческим напряжением [5.21, 19*, 26*, 27*]. Для измерения этого
напряжения необходимы специальные приборы — измерители
напряжения шумов, или псофометры [5.22, 5.23, 19*, 26*. 27*].
Чтобы обеспечивалась сравнимость результатов таких 'измерений,
приняты соответствующие международные соглашения. При этом'
наряду со стандартизацией приборов первостепенное значение
имеет установление псофометрической характеристики, по которой
производится оценка. Псофометрическая характеристика
напряжения помех при телефонной связи соответствует частотной
характеристике звукового давления, которое в среднем оказывает
на человеческое ухо капсюль телефонной трубки при
определенном входном напряжении, с учетом зависимости чувствительности
уха от частоты при малой громкости. Эта характеристика
определяет весовые коэффициенты переменного синусоидального
напряжения шума в зависимости от его частоты, отнесенные к
напряжению на частоте 800 Гц (рис. 5.8).
дБ
+10
| -20
| -30
-& -40
§ -50
а -60
о
ё -70
ш
-801 у 1 III 1 М-Н 1 1—t—H Гц
*L I I 1—I 1 1—I—I—I 1 1—1—I I
10 2 4 6 8102 2 4 6 8ю3 2 4 6 8ю4
Частота
«£i5"8" ПсоФометРиче«ая характеристика для оценки напряжения помех ион
телефонном разговоре согласно Рекомендации МККТТ Р.53 [5.22]
В измерителях напряжений шумов для реализации нужной
псофометрической характеристики используются соответствующие
203
•
/
1
1
->vl
1
\
N
фильтры. Наряду с характеристикой фильтра важное значение
для измерения напряжения шума имеет вид выпрямления
переменного напряжения. При измерениях в телефонной аппаратуре
МККТТ рекомендует определять эффективные (действующие)
значения [5.22]. При этом, чтобы не происходило ограничения
сигнала при пиках шума, характеристика используемого
усилителя должна иметь очень большой линейный участок. Особые
требования предъявляются также к стабильности измерительных
цепей и к динамическим характеристикам измерительных приборов.
Влияние флуктуационного шума и сходных с ним помех на
передачу данных при соответствующем выборе рабочего уровня, как
правило, невелико по сравнению с другими видами помех,
например импульсными помехами и кратковременными перерывами.
5.2.4.2. ИНТЕНСИВНОСТЬ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ
Импульсные помехи, которые иногда называют также
импульсным шумом, могут оказывать значительное влияние на передачу
данных, особенно в тех случаях, когда (например, при передаче
данных по телефонным каналам) по всему соединительному
тракту от абонента* до абонента сигналы передаются без регенерации.
Поэтому измерения интенсивности указанных помех, т. е. числа
превышений заданного уровня амплитудой импульсной помехи в-
единицу времени, также имеют важное значение при оценке
пригодности канала связи для передачи данных. Согласно одному из
рекомендованных МККТТ методов измерения [5.24] при этом с
помощью фильтра, имеющего перестраиваемую характеристику,
определяется спектр помехи.
Из числа импульсов, превышающих по амплитуде
установленный пороговый уровень, при измерении принимаются в расчет как
отдельные импульсы только те, интервал времени между
которыми больше заданного значения, называемого «мертвым
временем»* (рис. 5.9). Введение такого «мертвого времени» позволяет
учесть особенности распространенного блочного метода передачи
данных и получить известное соотношение для коэффициента
ошибок по блокам; при этом близкие друг к другу импульсы
действуют как один импульс, если они попадают на один н тот же
блок.
Во время измерения импульсных помех по исследуемому
участку канала связи полезные сигналы не передаются, однако на
его обоих концах поддерживается такой же режим, как и в ра-
* Такой, близкий к буквальному, вариант перевода этого термина МККТТ
получил определенное распространение в отечественной литературе и приведен
в [24*], что дало основание использовать его и в дайной книге, хотя по
смыслу, возможно, более правильно было бы назвать рассматриваемый интервал
времени интервалом неразличимости. (Прим. ред.)
бочем Состоянии. По количеству импульсов помехи,
зарегистрированные за выбранное время измерения с учетом упомянутого
выше «мертвого времени», определяется ее интенсивность
(частость). На рис. 5.10 показана структурная схема устройства для
Рис. 5.9. Импульсные помехи
и «мертвое время»,
учитываемое при измерении их
интенсивности: \
а) а, ..., f — отдельные
импульсы помехи; До —
установленный порог срабатывания;
ta — время измерения; Т —■
«мертвое время»;' 0, .... 3 —
показания счетчика в
различные моменты времени в
течение измерения
s
<
V-
[
а
'
b
с d
ULJ
■
\JU\
'
е
1
fH
f
4-
1
I^U!
t
О 1
Время-
измерения числа импульсных помех в телефонных каналах [5.25].
Пороговый уровень при регистрации помехи может быть
установлен с шагом дискретности 1 дБ в пределах от —50 до 9 дБ. Это
Фильтры
Входная
ступень
>-ж
л О
X £П
Пределы
установки:
-10 ..О дБ
через 1 дБ
'II
Пороговая с Е 2
Усилитель
Счетчик
схема f- g
О :
^-И/
1 Пределы установки
К >" i-40-..ОдБ
Вне_шний__ J через 10 дБ
-| 000
Блок установки
времени
измерения
(до 60 мин)
Рис. 5.10. Структурная схема счетчика импульсных помех
значение указано по отношению к пиковому значению
синусоидального напряжения, при котором на активном сопротивлении
600 Ом выделяется мощность 1 мВт. «Мертвое время» может
составлять, например, 125 мс. Согласно Рекомендации 0.71 МККТТ
фильтр I имеет полосу пропускания (±1 дБ) от 275 до 3250 Гц,
соответствующую полосе канала ТЧ *, а фильтр II — полосу от
750 до 2300 Гц, что отвечает некоторой используемой для
передачи данных части полосы канала ТЧ. Другие характеристики
могут быть реализованы путем подключения внешнего фильтра.
* Речь идет лишь о приблизительном соответствии, так как стандартный
какал ТЧ занимает полосу частот от 300 до 3400 Гц. (Прим. ред.)
205
5.2.5. ИЗМЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ПЕРЕРЫВОВ
Помимо импульсных помех появлению ошибок при /передаче
данных способствуют кратковременные перерывы и занижения
уровня. Перерыв в канале связи с полосой пропускания В лишь
в том случае приводит к полному пропаданию сигнале иа
приеме, если длительность перерыва t превышает время /Переходного
процесса т=1/В в канале; если перерыв имеет более короткую
длительность, то на приеме лишь обнаруживается более или
менее сильное снижение уровня. /
Для измерения перерывов по каналу необходимо передать
специальный измерительный сигнал. В каналах ТЧ для этой цели
используется синусоидальный сигнал частотой 2 кГц [5.26—5.29].
На приеме этот сигнал усиливается до заданного номинального
уровня. Если занижение уровня измерительного сигнала окажется
больше определенного выбранного заранее значения, то на
выходе измерительного приемника появляется соответствующий
цифровой сигнал.
По отсчету импульсной реакции фильтра нижних частот
можно непосредственно измерить кратковременное уменьшение
амплитуды, например, на протяжении одного периода Ts=l/fs сину-
Гистерезис уровня
срабатывания
Время-
Рис. 5.11. Временные диаграммы, поясняющие измерения перерывов по отсчетам
импульсной реакции фильтра нижних частот:
U, — принимаемый измерительный сигнал частоты /s (Рп — номинальный уровень, Р3 —
заниженный уровень); U2 — результат выпрямления сигнала Uf, Us — сигнал на выходе фильтра
нижних частот с граничной частотой /r; Ut — сигнал на выходе измерительного приемника
206
соидалытого измерительного сигнала. Сущность этого метода
поясняет VIC- 5.11. На вход фильтра нижних частот (ФНЧ)
поступает выпрямленный измерительный сигнал. Фильтр выделяет его
огибающук^ Граничная частота ФНЧ выбрана так, что сигнал на
его выходе успевает установиться даже в случае самого
короткого перерыва^з всех измеряемых. Это дает возможность
правильно снять отсчет занижения амплитуды независимо от
длительности перерыва! (достаточно лишь, чтобы ее значение t превышало
время переходного процесса т. в канале). Если принять во
внимание соотношение т=1/2/г между временем установления
переходного процесса \ и граничной частотой /г фильтра и считать, что
это время должно быть точно равно минимальной измеряемой
длительности перерыва /мин (при данном методе — периоду Ts
измерительного сигнала), то получается, что граничная частота
фильтра /г и частота измерительного сигнала fs связаны
формулой
/Wr/2-
i i
i i
i i
Гистерезис
уровня
срабатывания
1'И1ЛЛ ППП
Синхроимпульсы
Время =»-
Рис. 5.12. Временные диаграммы, поясняющие
измерение перерывов по принципу синхронного
отсчета:
U\ — принимаемый измерительный сигнал частоты /s
(Р„ — номинальный уровень, Рв — заниженный уровень);
Г/г — результат выпрямления сигнала Uf, U3 — сигнал на
выходе амплитудного ограничителя; и4 — сигнал на
выходе измерительного приемника
207.
Кроме описанного выше метода для выявления
кратковременных перерывов в каналах связи могут использоваться п
различные другие методы. В них нередко применяются принципы
синхронного отсчета выпрямленного сигнала на приеме. В качестве
примера на рис. 5.12 приведены диаграммы сигнале^,
поясняющие один из таких методов измерения. /
5.2.6. ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО ДРОЖАНИЯ /
Под фазовым дрожанием понимают изменяющиеся во времени
сдвиг переходов принимаемого сигнала через нуль/ по отношению
к требуемым моментам. Сдвиг вызван действием\ одной или
нескольких помех или другими факторами (см. том 1, разд. 5.2.3).
Смещения переходов через нуль появляются при наложении
колебаний различных частот или под действием импульсных помех.
Фазовое дрожание может возникать также вследствие
непреднамеренной модуляции, например, в старых системах частотного
разделения каналов.
В результате измерения фазового дрожания устанавливают
максимальное отклонение фазы принимаемого сигнала. С этой
целью сравнивают между собой фазы переходов через нуль
принимаемого и некоторого опорного сигналов. Фаза опорного
сигнала при этом устанавливается так, что соответствует средней
фазе принимаемого сигнала.
Прибор для измерения фазового дрожания имеет на входе
полосовой фильтр, средняя частота полосы пропускания которого
равна частоте принимаемого сигнала, а ширина полосы
определяется спектром помехи. Чтобы исключить влияние изменений
амплитуды этого сигнала на результат измерения, за входным
фильтром обычно устанавливают амплитудный ограничитель.
Фазовое отклонение перехода через нуль принимаемого сигнала по
отношению к опорному сигналу, генерируемому в приборе [5.30],
определяется с помощью фазового дискриминатора.
5.3. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ
5.3.1. ИЗМЕРЯЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
Суждение о качестве передачи данных можно составить на
основе измерений и оценки появляющихся при передаче
искажений сигналов. Оконечное оборудование принимает и выдает
данные в форме двоичных сигналов, значения которых представляют
собой электрические величины — токи или напряжения (см. том. 1,
разд. 2.2.3).
208
Время-
Параметры двоичного
Важнейшие параметры двоичного сигнала указаны на рис. 5.13
[5.31].\3начения, которые сигнал может принимать при
представлении дискретной информации, называются значащими
позициями. У двоичного сигнала две возможные позиции обозначают А
и Z и ставят в соответствие
логическим величинам (символам) 0 и 1
[5.32]. \
Интервал времени, в течение
которого значащая позиция
сохраняется без изменения, называется
значащим интервалом. Под единичным
интервалом понимают значащий
интервал, длительность которого имеет
наименьшее из возможных
номинальных значений* (см. также том
1, разд. 2.2). Скорость модуляции—■
это величина, обратная единичному
интервалу, измеряемому в секундах;
■единица скорости модуляции носит название Бод. Значащими
моментами двоичного сигнала называют моменты изменения
значащих позиций.
Под действием помех значащие позиции и значащие моменты
■отклоняются от идеальных. Эти отклонения могут быть измерены
и использованы для оценки качества передачи. Отклонение
значащего момента от требуемого момента времени представляет
собой краевое (или телеграфное) искажение [5.33]. Краевые
искажения характеризуют качество передачи, и когда они достигают
определенной величины, при передаче появляются ошибки. Это
происходит в том случае, если в момент отсчета значащая
позиция оказывается неверной; измеряемым показателем качества при
этом служит коэффициент ошибок.
Рис. 5.13.
сигнала:
Л, Z — значащие позиции; щ, as— зна«
чащне интервалы; fi, tj, t% — значащие
моменты
5.3.1.1. КРАЕВЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
Для измерения краевых искажений необходимо сравнить
значащие моменты рассматриваемой последовательности элементов
с некоторым идеальным временным растром **. Отклонение от-
* В оригинале в данном случае использованы термины «посылка» и (как
синоним) «элемент сигнала», т. е. понятия единичного интервала и единичного
элемента здес!> (а также в других местах книги) по существу отождествляются.
"Билее правильно, однако, следуя [4*], все же различать единичный интервал
времени и элемент сигнала, имеющий продолжительность, равную этому
интервалу, т. е. единичный элемент. Поэтому в текст было внесено соответствующее
уточнение. (Прим. ред.)
** Под временным растром, как уже упоминалось, понимается заданная
система моментов времени, по отношению к которой рассматриваются элементы
сигналов. (Прим. ред.)
209
дельно взятого значащего момента от его идеального
(требуемого) положения называют индивидуальным искаокением. Есши это
отклонение относят к длительности идеального единичного
интервала, то полученный показатель называют степенью искажения.
Степень индивидуального искажения выражается, таким
образом, отношением отклонения Л/ отдельно взятого значащего
момента от его идеального положения к длительности идеального
единичного интервала Ts и указывается обычно в процентах[5.34]:
6ивд = (Лг/7>100.
Для измерения степени индивидуального искажения
необходимо сопоставить значащие моменты сигнала с / некоторыми
идеальными моментами времени, выступающими в качестве
опорных. Такое сопоставление с
опорными моментами, которые
получаются путем усреднения
всех значащих моментов
сигнала за отрезок времени,
значительно превышающий
единичный интервал, должно
осуществляться в синхронном приемни-
*4 ке при обработке изохронной
последовательности единичных
элементов. Степень
индивидуального искажения считается
положительной (А/>0), если
значащий момент следует за
идеальным моментом, т. е.
располагается справа от него, и
отрицательной (At<C0), если значащий момент предшествует
идеальному, т. е. располагается слева (рис. 5.14).
Понятие индивидуального искажения позволяет дать
определения некоторым другим искажениям; из него вытекают, в
частности, понятия синхронных и стартстопных искажений [5.35].
Степень синхронного (изохронного) искажения изохронной
последовательности элементов определяется как разность между
наименьшим и наибольшим значениями степени индивидуального
искажения (с учетом их знаков) за определенное время
наблюдения:
Л =|Я X 1.1 qq _. 1 AfManc —Д*мнн| lf)f)
<->син 11%нд.макс Ринд.мин| 1<-"J— „ 1ии-
Время ■
Рис. 5.14. Индивидуальные
искажения:
Ts — идеальный единичный интервал;
to, .... i» — идеальные значащие моменты:
Ati — время опережения (Afi<0); At3 —
время запаздывания (Afa>0)
При образовании разности двух значений индивидуального
искажения, определенных по отношению к одному и тому же
временному растру, значения идеальных моментов взаимно
уничтожаются и на результат не влияют. Поэтому синхронное иска-
210
жениё, можно определить также как область разброса значений
индивидуального искажения, измеренных за время наблюдения.
Прн\ измерении стартстопного искажения исходной (опорной)
точкой ^ременного растра, образуемого для каждого
стартстопного знака, служит начало стартового элемента этого знака.
Каждый момент времени, отстоящий от начала стартового элемента
на целое число идеальных единичных интервалов, есть идеальный
значащий момент. Отклонения значащих моментов от идеальных
моментов определенного таким способом растра (рис. 5.15) мо-
Стартовый
,элеменТ| (
i У| 1
1*- ']
&tз^ А?з2
At
о4|
Стоповым
I
!лго4=|Лт]макс
Д'гз5 Af
об
L0
Ч
t/.
tc
- идеальные
Время—»-
Рис. 5.15. Стартстопные искажения:
Ts — идеальный единичный интервал; и — опорный момент времени; fi, ....
значащие моменты; At04, At06 — время опережения; Aial, Ai32, Ai35 — время отставания
{запаздывания)
гут быть отрицательными (опережение на Д^0п) или
положительными (запаздывание на At3). Следовательно, можно различать
отрицательное и положительное стартстопные искажения.
Степень стартстопного искажения бСт определяется как
отношение наибольшего абсолютного отклонения \At макс! значащих
моментов стартстопного знака от идеальных моментов к
длительности идеального единичного интервала Ts и выражается в
процентах:
•5ст=[|Д^|макс/П]-Ю0.
5.3.1.2. КОЭФФИЦИЕНТ ОШИБОК
Коэффициент ошибок является важнейшим показателем
качества передачи по тому или иному каналу (см. том 1, разд. 5.1.1).
Коэффициент ошибок по битам * определяется как отношение
* Этот показатель иногда называют также частостью, или частотой
появления ошибок, так он назван и в оригинале, если обратиться к буквальному
переводу. Согласно [4*] установлены термины «коэффициент ошибок по
элементам», «коэффициент ошибок по знакам» и т. п. Если речь идет о двоичных
сигналах, их можно характеризовать, как это и делают авторы, коэффициентом
ошибок по битам. (Прим. ред.)
2П
числа ошибочно принятых битов к общему числу принятых/ битов
сообщения за определенное время измерения [5.36]. Наряду с
этим используются понятия коэффициентов ошибок по знакам и.
по блокам, которые определяются как отношения
числа/ошибочно принятых знаков или блоков (т. е. последовательностей битов
определенной длины, например по 511 бит) к общему рислу
знаков или блоков, принятых за время измерения. /
При измерении среднего коэффициента ошибок в, некотором
канале существенное значение для достоверности 'результата
имеет выбор времени измерения, так как в течение этого
времени должно быть зарегистрировано определенное минимальное
число ошибок или пачек ошибок. Для эксплуатационных
измерений среднего коэффициента ошибок при скоростях передачи до
10 кбит/с МККТТ рекомендует интервал наблюдения, равный
15 мин [5.37].
5.3.2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРАЕВЫХ ИСКАЖЕНИЙ
И КОЭФФИЦИЕНТА ОШИБОК
Наиболее важными приборами, необходимыми для
определения параметров сигналов, являются генераторы сигналов данных,
измерители краевых искажений и измерители коэффициента
ошибок.
5.3.2.1. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ ДАННЫХ
При измерениях краевых искажений и коэффициента ошибок
необходимо с помощью соответствующих генераторов
формировать испытательные сигналы и испытательные тексты. Имеются
касающиеся этих измерений Рекомендации МККТТ, которые
содержат, в частности, и указания относительно испытательных
сигналов и текстов.
Для измерений, проводимых в аппаратуре передачи данных,
установлены определенные псевдослучайные испытательные
тексты и сигналы в виде периодических последовательностей, з
которых двоичные элементы сменяют друг друга в соотношениях
1:1, 1:3, 3:1, 1:7 и 7:1 [5.38]. Псевдослучайные испытательные
тексты генерируются регистрами сдвига с обратной связью [5.39].
При скоростях передачи до 10 кбит/с используется
девятиразрядный регистр сдвига, с помощью которого генерируется
испытательный текст длиной 511 бит [5.38]. Для более высоких
скоростей предусмотрен двадцатиразрядный регистр сдвига, при
котором длина текста составляет 1 048 575 бит [5.40].
Для проведения измерений в аппаратуре передачи данных,
работающей с применением Алфавита № 2 МККТТ (см. том 1,
разд. 2.4.3.2) в стартстопном режиме, рекомендован испытатель-
212
ный текст, который состоит из восьми стартстопных знаков Вщ.
S, WR, ZL, Q, Zi, Zwr, 9 и последовательностей двоичных
элементов с соотношениями 1:1, 2:2, 1:6 и 6:1 [5.41]. При проверке
оконечного оборудования предлагается использовать «длинные»
испытательные тексты. Эти тексты представляют собой
последовательности стартстопных знаков (включая цифры и знаки
управления), общее число которых может достигать 64, и обеспечивают
проверку печатающих устройств оконечного оборудования. В
Рекомендации МККТТ R.52 приведены испытательные тексты на
английском и французском языках [5.42]:
the quick brown fox jumps over the lazy dog,
voyez le brick geant que j'examine pres du wharf.
Употребительный текст на немецком языке имеет вид
kaufen sie jede woche vier gute bequeme pelze xy.
Соответствующие предложения, касающиеся испытательных
текстов на английском и французском языках для Алфавита № 5
МККТТ (см. том 1, разд. 2.4.3.2), содержатся в Рекомендации
МККТТ S.33 (ранее Х.ЗЗ [5.43]). Для приборов, использующих
Алфавит объемом 64 знака (см. том 1, табл. 2.5, столбцы 2—5),
предлагаются тексты с заглавными буквами:
THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVE.R THE LAZY DOG
\/
123 456 7890 + — X : = О % ( )
VOYEZ LE BRICK GEANT QUE J'EXAMINE PRES DU WHARF"
123 456 7890 + — X : = }j% ( )
/\
Для приборов, использующих Алфавит объемом 95 знаков (см..
том 1, табл. 2.5, столбцы 2—7), испытательный текст,
включающий большие и малые буквы, имеет вид
The QuiCK BrowN FoX JumpS OveR ThE LazY DoG
123 456 7890 + — X : =o4 ( )
/\
VoeZ Le BricK GeanT QuE J'ExaminE PreS Du WharF
123 456 7890 + — X : = О % ( )
/\
5.3.2.2. ИЗМЕРИТЕЛЬ КРАЕВЫХ ИСКАЖЕНИИ
Методы измерения краевых искажений, в принципе, основаны
на определении временных отклонений. Следовательно, в
устройстве для таких измерений должен быть задан некоторый масштаб
времени. В новых приборах это обычно осуществляется путем
деления частоты тактового генератора.
Во всех случаях при измерении искажений временное
положение значащих моментов принимаемого сигнала сравнивается с-
определенным идеальным временным растром, который форми-
213-
.руется в приборе в соответствии с тем или иным режимом
передачи. Отклонения значащих моментов от идеальных моментов
указывается в процентах к длительности единичного интервала.
Приборы для измерения краевых искажений должны
соответствовать типу используемых сигналов: для изохронных сигналов
измеряемой величиной является степень синхронного искажения или
степени положительного и отрицательного индивидуальных искажений,
.для стартстопных — степень стартстопного искажения.
В зависимости от способа получения и дальнейшей обработки
результата измерения краевого искажения оказывается
целесообразной та или иная форма его отображения и выдачи:
визуальное отображение на осциллографе для всех измеряемых точек
[5.44], цифровая индикация максимального значения,
измеренного на каком-либо выбранном интервале времени, и выдача
частоты, с какой превышается определенное значение искажения.
Оптическое представление всех измеренных значений имеет то
преимущество, что позволяет сделать заключение о характере и
возможных причинах искажения. В связи с этим следует
упомянуть также приборы для контроля передачи, в которых
индивидуальные искажения элементов стартстопного знака
отображаются на экране [5.45]. Для регулярных измерений в процессе
техобслуживания, более удобны такие методы, которые
обеспечивают цифровое представление максимального значения искажения
и одновременную регистрацию результатов измерения, так как
в этом случае существенно упрощается отсчет измеренных
значений. Напротив, контроль степени краевых искажений значительно
-облегчается в случае использования методов, при которых
фиксируются превышения заданного значения этого показателя и подсчи-
тывается число таких превышений.
5.3.2.3. ИЗМЕРИТЕЛИ УКОРОЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Если при определении краевых искажений в качестве
измеряемой величины выбрано только максимальное значение
укорочения единичных элементов, то соответствующее измерительное
устройство оказывается очень простым [5.46]. Метод, при
котором краевое искажение определяется только по укорочению
отдельного элемента, основан на том, что практически при всех
воздействиях на сигнал, вызывающих краевые искажения,
отдельные элементы той или иной полярности (с той или иной
значащей позицией) уменьшаются по длительности. Это укорочение
рассматривается как показатель краевого искажения всей
последовательности единичных элементов. Поскольку при таком
методе измерения оцениваются не отклонения значащих моментов от
их идеального положения, а сокращения длительности значащего
интервала по сравнению с идеальным интервалом, этот метод
позволяет выявить в принимаемой последовательности отдельные
недопустимо укороченные элементы.
:2!4
5.3.2.4. ИЗМЕРИТЕЛИ КОЭФФИЦИЕНТА ОШИБОК
При определении коэффициента ошибок переданное сообщение
посимвольно (по битам) сравнивается с сообщением, полученным
на приемной стороне после его прохождения по линии связи и
обработки в аппаратуре передачи данных. Для проведения таких
измерений на передающей и приемной сторонах исследуемого
канала передачи данных должны быть установлены синхронно
работающие генераторы испытательных текстов (рис. 5.16). При-
гит
Генератор
испытательных
текстов
АПД
Канал связи
1
!
АПД U-^>-*-»-
I
1
i
1
БС
♦
сио
-^нгит
Исследуемый канал
передачи данных
Измеритель
коэффициента
ошибок
Рис. 5.16. Схема измерения коэффициента ошибок в исследуемом канале:
ГИТ — генератор испытательных текстов; УС — устройство синхронизации; БС — блок
сравнения; СИО — счетчик и индикатор ошибок; АПД — аппаратура передачи данных
пятый, возможно с ошибками, испытательный текст сравнивается
по битам с испытательным текстом, сформированным в месте
приема. Чисто случайный текст в этом случае использовать
нельзя, так как на приеме первоначальный (неискаженный)
испытательный текст должен быть точно известен.
Простой и в то же время удовлетворяющий необходимым
требованиям генератор испытательных текстов можно построить на
основе регистра сдвига с обратной связью [5.39]. При измерении
коэффициента ошибок обязательными условиями являются
идентичность регистров сдвига на передающей и приемной сторонах
по структуре и схеме включения, наличие синхронизма между
приемником и передатчиком, а также соответствующее
фазирование регистров сдвига. Таким образом, синхронизм (фазирование)
по тексту в целом, необходимый наряду с тактовой
синхронизацией, сравнительно легко может быть установлен на приемной
стороне [5.38, 5.47].
5.4. ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ
АППАРАТУРА
Для того чтобы в телеграфных сетях с низкими скоростями
передачи и соответствующими им узкополосными каналами
можно было гарантировать надлежащее качество связи, достаточно-
215-
регулярно проверять, не превышаются ли допустимые значения
искажений сигналов на передаче, в абонентских линиях и в
канале связи. Для облегчения требуемых измерений узлы связи
оснащаются централизованной измерительной аппаратурой. При
этом необходимые приборы объединяются в измерительные столы
[5.48]. Наряду с этим в узлах связи используются
автоматические измерительные приборы и установки. В качестве примеров
можно назвать центральный испытательный передатчик,
центральный испытательный приемник и автоматические
испытательные устройства, которые применяются в сети Телекс [5.49].
Кроме того, имеются устройства, с помощью которых в
особенно важных каналах осуществляется постоянный контроль за
тем, чтобы краевые искажения передаваемых сигналов не
превышали установленных предельных значений [5.50].
При передаче данных по коммутируемым телефонным сетям
измерения в .порядке регулярного обслуживания проводятся
только при наличии помех и при использовании аппаратуры новых
каналов. Модемы для телефонных сетей Почтового ведомства
ФРГ оснащаются простыми дополнительными устройствами,
которые позволяют контролировать отдельные параметры, наиболее
важные для работы модемов. Помимо этого, в телефонной сети
общего пользования предполагается осуществлять измерения со
стороны оконечных установок передачи данных с помощью
центрального измерительного стола. В целях испытания и контроля
могут включаться также измерительные шлейфы, если в модемах
предусмотрена такая возможность. Шлейф образуется у модема
•со стороны стыка или линии. Через шлейф можно проводить
измерения от оконечного оборудования данных или с центрального
измерительного стола.
В телефонных сетях различают измерения параметров и
характеристик каналов связи и измерения параметров самих
двоичных сигналов [5.37, 5.51, 5.52]. В каналах связи измеряются
следующие величины: затухание на частоте 800 Гц, затухание как
'функция частоты, групповое время замедления как функция
частоты, напряжение шума (псофометрическое напряжение) и часто*
та следования (интенсивность).
К параметрам двоичных сигналов, подлежащим измерению,
•относятся, краевые искажения (степень индивидуального
искажения или степень синхронного искажения) и коэффициент ошибок
'(коэффициент ошибок по битам или блокам).
Применяемые автоматические измерительные передатчики
должны обеспечивать формирование испытательных
последовательностей с соотношением элементов 1:1 и международного
испытательного текста длиной 511 бит [5.37].
.216
ПРИЛОЖЕНИЕ
МЕЖДУНАРОДНЫЕ И НАЦИОНАЛЬНЫЕ СОГЛАШЕНИЯ И СТАНДАРТЫ;
В ОБЛАСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ПОЯСНЕНИЯ
Приложение содержит сводку соглашений и стандартов по состоянию на-
весну 1979 г., изданных следующими международными организациями:
Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии —
МККТТ (Comite Consultatif International Telegraphique et Telephonique —
CCITT),
Международной организацией по стандартизации — ИСО* (Internationa!
Organisation оГ Standartisation — ISO),
Европейской промышленной ассоциацией по вычислительной технике —
ЕПАВТ (European Computer Manufakturers Association — ЕСМА), а также
немецкими объединениями:
Институтом стандартизации ФРГ — ДИН (Deutsches Institut fur Normung —
DIN), до 31.8.1975 комитетом стандартов ФРГ — ДНА (Deutscher Normenauss-
chufi — DNA) н Обществом связи Союза немецких электротехников — ОС СНЭ
(Nachrichtentcchnische GescIIschaft im Verband Deutscher Elektrotechniker—NTG
im VDE).
Кроме того, приведены предписания, технические условия и правила
Почтового ведомства (ПВ) ФРГ (Deutschen Bundespost — DBP).
В сводку включены только те стандарты, рекомендации и предписания,
которые имеют существенное значение для передачи данных в системах
телеобработки данных, особенно если применяется аппаратура связи общего
пользования. Поэтому здесь не приведены, например, многочисленные Рекомендации
МККТТ, касающиеся общих свойств и характеристик каналов связи, параметров.
международных соединительных трактов и внутренних характеристик
приемопередающего и коммутационного оборудования сетей передачи данных и сети
Телекс; ссылки на эти Рекомендации даны в соответствующих разделах
основного текста книги. Кроме того, не рассматриваются также соглашения
относительно частных видов оконечного оборудования данных, например телетайпов,
и их обслуживания.
Наряду с перечисленными ниже специальными стандартами, существуют и
общие предписания (например, Международной электротехнической комиссии —
МЭК, Союза немецких электротехников — СНЭ), а также ряд правил и условий'
Почтового ведомства ФРГ, которые необходимо принимать во внимание при.
проектировании и организации систем телеобработки данных.
* В отечественной литературе часто используется также сокращение от
русского названия этой организации — МОС. (Прим. ред.)
2177
В первом разделе приложения перечисляемые стандарты и рекомендации
упорядочены по областям их применения, а во втором — по организациям, их
составившим.
Я. МЕЖДУНАРОДНЫЕ И НАЦИОНАЛЬНЫЕ СОГЛАШЕНИЯ И СТАНДАРТЫ,
УПОРЯДОЧЕННЫЕ ПО ОБЛАСТЯМ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. ПОНЯТИЯ
Теория информации
щ
Обработка данных
DIN
NTG
44301
0102
ISO
DIN
2382
44300
Передача данных
ITU List of Definitions of Essential
Telecommunication Terms
(2nd impr. 1961). Part 1:
General Terms; Telephony;
Telegraphy.
2nd Supplement to Part 1 of
1st Supplement to Part 1 of
the List of Definitions of
Essential Telecommunication
Turns (1960)
Техника модуляции:
общая
техника импульсной
модуляции
Коммутационная техника:
системотехника
теория телетрафика
CCITT
DIN
NTG
NTG
CCITT
NTG
NTG
NTG
the List of Definitions of
Essential Telecommunication
Terms: Data Transmission
(1964)
Orange Book, Vol. VIII. 2
-14302
1202
0101
G.702
0i03
0902
0903
518
1.2. КОДИРОВАНИЕ, АЛФАВИТЫ
Соответствие между двоичными C'.CITT
знаками и значащими позициями
сигналов
V.1
Алфавит МККТТ № 2
ITU, Telegraph Regulations,
Geneva 1958, Art 16
CCITT I-.l, Division С
Алфавит МККТТ № 3
Алфавит МККТТ № 4
CCITT
CCITT
Алфавит МККТТ № 5 (набор CCITT
знаков семиэлемеитного двоично- ISO
го кода ИСО; набор знаков семи-ESMA
элементного двоичного
ЕПАВТ)
Структура знаков
Алфавита МККТТ № 5
кода DIN
CCITT
CCITT
ISO
DIN
Расширение семиэлемеитного ко- ISO
да ИСО
ESMA
DIN
S.13
R.44
V.3
646
6
66003
V.4
X.4
1177
66022,
2022
35
66203
лист 1
1.3. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ
Способы управления с помощью ISO
семиэлемеитного кода
ИСО
Способ управления HDLC
ISO
ISO
ISO
ESMA
KSMA
ESMA
ESMA
ESMA
ESMA
ESMA
DIN
ISO
ISO/DIS
ISO/DIS
ISO, DIS
CCITT
ESMA
ESMA
i745
2H1
2628
2629
16
24
26
27
28
29
37
66019
3309
4335
6159
6259
X.25
40
49
2№
DIN G6221, часть 1
DIN 66221, часть 2
1.4. СТЫКИ МЕЖДУ АППАРАТУРОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
И ОКОНЕЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ ДАННЫХ: ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
-Список цепей стыка CCITT V.24
DIN 60020, лист 1
Электрические характеристики
сигналов на стыке
Двухполюсный
несимметричный режим
Двухполюсный
несимметричный режим; реализация на
интегральных микросхемах
Двухполюсный симметричный
режим
Двухполюсный симметричный
режим; реализация на
интегральных микросхемах
Однополюсное включение на
контактах
Распределение контактов стыково
го разъема по их назначению
Двухполюсный
несимметричный режим; 25-контактный
разъем
Двухполюсный
несимметричный режим; 15-контактный
разъем
CCITT
DIN
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
-
ISO/DIS
DIN
ISO, DIS
Y.28
60020, лист 1
V.10
X.26
V.35
V.I1
X.27
V.31
2110
66020, лист 1
4903
Двухполюсный неснмметрич- ISO/DIS 4902
ный и симметричный режимы D1N 66021, часть 9
с реализацией па интегральных
микросхемах; 32-контактный и
9-контактный разъемы
1.5. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО СЕТИ ТЕЛЕКС И ТЕЛЕГРАФНЫМ КАНАЛАМ
Использование сети Телекс для CCITT S.15 (ранее V.10)
передачи данных DBP, Dateldienste, Merkblatt A
220
DBP, Dateldienste, Merkblatt T
DBP, Dateldienste, Techn.
Vorschr. a
Автоматический вызов и ответ на CCITT S.I6 (ранее V. 11)
вызов, включая стык устройств
для автоматического вызова в
сети Телекс
Автоответчики оконечных уста но- CCITT S.17 (ранее V.13)
вок сети Телекс, предназначенных
для передачи данных
Оконечное оборудование данных DBP, Dateldienste, Mcrkblatt С
в арендованных телеграфных ка- DBP, Dateldienste, Techn.
палах Vorschr. Ы/Ь2
1.6. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО СЕТЯМ ДАННЫХ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ
Классы обслуживания абонентов CCITT X.1
Сетевые параметры CCITT У. Л
Услуги для абонентов CCITT X.S5
DBP, Dateldienste, Merkblatt E
DBP, Dateldienste, Mcrkblatt F
Служебные сигналы CCITT X.96
Список цепей стыка CCITT X.2-1
Абонентские стыки аппаратуры
передачи данных:
для оконечного оборудования CCITT X.20
данных, работающего в старт-
стопном режиме
для оконечного оборудования ССГГТ Х.20бис
данных, работающего в старт- D1N 66021, часть 6
стопном режиме со стыком, DBP, Dateldienste, Techn.
соответствующим Рекоменда- Vorschr. e
ции МККТТ V.21
для оконечного оборудования CCITT X.21
данных, работающего в
синхронном режиме
для оконечного оборудования CCITT Х.21бис
данных, работающего в сип- DIN 66021, часть 5
221
хронном режиме со стыком, DBP, Dateldienste, Tccftn.
соответствующим синхронно Vorschr. e
работающим модемам
согласно Рекомендациям МККТТ
серии V
для оконечного оборудования CCITT X.25
данных, работающего в
пакетном режиме
для оконечного оборудования CCITT X.28
данных, работающего в старт-
стопном режиме с доступом к
сети с пакетной коммутацией
Характеристики оконечного обо- CCITT S.31 (ранее Х.31)
рудования данных, работающего
в стартстошюм режиме со
скоростями 200 и 300 бит/с, на стыке
с аппаратурой передачи данных
при использовании Алфавита
№ 5 МККТТ
Автоответчики в оконечном обо- CCITT S.32 (ранее Х.32)
рудовании данных, работающем
в стартстопном режиме со
скоростями 200 и 300 бит/с при
использовании Алфавита № 5
МККТТ
1.7. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО ТЕЛЕФОННЫМ КАНАЛАМ
1.7.1. Аппаратура передачи данных
Модемы
в коммутируемых сетях обще- DBP, Dateldienste, Merkblatt D
го пользования
в некоммутируемых каналах DBP, Dateldienste, Merkblatt С
Модемы для последовательной
передачи по каналам тональной
частоты со скоростями:
до 200 бит/с CCITT V.21
до 1200 или 600 бит/с CCITT V.23
222
2400 или 1200 бит/с по ком- CCITT \'".26бис
мутируемой сети общего
пользования
2400 бит/с по иекоммутируе-
мым четырехпроводным
каналам
2400 бит/с по
некоммутируемым каналам
4800 бит/с по некоммутируе-
мым каналам
4800 бит/с по
некоммутируемым каналам с применением
адаптивного корректора
4800 или 2400 бит/с по сети
общего пользования
9600 бит/с по
некоммутируемым каналам
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
V.26
V.27
V.276hc
V.276hc
\Л27тер
V.29
Модемы для последовательной
передачи по первичным
групповым трактам со скоростями:
48 кбит/с
48, 56, 64, 72 кбит/с
CCITT
CCITT
V .35
V.36
Модемы для параллельной
передачи по каналам тональной
частоты:
до 40 комбинаций в секунду
в коммутируемой сети общего
пользования
с использованием частот та-
статуриого набора
CCITT
CCITT
V.20 (ранее V.30)
V.19
Абонентские стыки модемов для
последовательной передачи со
скоростями:
до 200 бит/с CCITT V.2I
DIN 66021, часть 1
DBP, Datendienste, Techn.
Vorschr. d2
223
1200 или 600 бит/с CCITT V.23
DIN 66021, часть 2
DBP, Dateldienste, Techn.
Vorschr. dl
2400 или 1200 бит/с
4800 или 2400 бит/с
CCITT
DIN
CCITT
V.26
66021, часть
\-'.26бис
DBP, Dateldienste, Techn.
Vorschr.
CCITT
CCITT
CCITT
DIN
d4
V.27
V.276HC
V 27тер
66021, часть
3
7
9600, 7200 ил№ 4800 бит/с
48 кбит/с
48, 56, 64, 72 кбит/с
Абонентские стыки модемов
параллельной передачи:
для
CCITT
DIN
CCITT
CCITT
DIN
V.29
66021, часть 8
V.35
V.36
60021, часть 9
до 40 комбинаций в секунду CCITT V.20 (ранее V.30)
CCITT \.31
DIN 66021, часть 10
DBP, Dateldienste, Techn.
Vorschr. d3
с использованием частот та- CCITT V. 19
статурного набора
Автоматический вызов и ответ на ССГГТ V.25
вызов, включая стыки устройств DIN 66021, часть 4
автоматического вызова в теле- DBP, Dateldienste, Techn.
фонпой сети общего пользования Vorschr. d5
1.7.2. Характеристики каналов связи
Характеристики пекоммутируе- CCITT II.12
мых телефонных каналов
Характеристики телефонных ка- CCITT M.1020 (ранее М.102)
налов, скорректированных с целью
передачи данных
224
Характеристики первичных труп- CCITT Н 14
повых трактов,
скорректированных с целью передачи данных
Уровни мощности сигналов при CCITT
передаче данных по телефонным
каналам
V.2
1.7.3. Обслуживание
Организация обслуживания меж- CCITT
дународных телефонных каналов,
используемых для передачи
данных
Границы скорости модуляции пе- CCITT
редаваемого сигнала на стыке с
аппаратурой передачи данных
Показатели качества телефонных CCITT
каналов, используемых для
передачи данных
Испытательные шлейфы в моде- CCITT
мах
Сравнительные испытания моде- CCITT
MOB
V.51
V.50
V.53
V.54
V.56
1.7.4. Прочее
Скорости передачи данных в синхронном
по коммутируемой сети обще- CCITT
го пользования
по некоммутируемым каналам CCITT
Акустическое сопряжение аппара- CCITT
туры передачи данных с
телефонной сетью
режиме
V.5 (ранее V.22)
V.6 (ранее У.22бис)
VI5
1.8. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА
Приборы для измерения краевых ССГГТ
искажений и коэффиицента
ошибок при скорости передачи до
4800 бит/с
\ .52
8—11
225
Приборы для измерения краевых CCITT V.57
искажений и коэффициента
ошибок при скорости передачи до
48 кбит/с
Прибор для измерения
интенсивности импульсных помех
Прибор для измерения перерывов
Прибор для измерения фазового
дрожаиия
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
CCITT
V.55
0.71
0.61
0.62
0.91
1.9. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ОШИБОК
Кодонезависимое устройство
защиты от ошибок
Защита от ошибок с помощью
продольного контроля на
четность
CCITT
ISO
V41
Ii55
2. МЕЖДУНАРОДНЫЕ И НАЦИОНАЛЬНЫЕ СОГЛАШЕНИЯ И СТАНДАРТЫ
В ОБЛАСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ, УПОРЯДОЧЕННЫЕ
ПО ОРГАНИЗАЦИЯМ-СОСТАВИТЕЛЯМ
2.1. МЕЖДУНАРОДНЫЙ СОЮЗ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ — МСЭ (ITU)
Telegraph Regulations (Geneva Revision, 1958). Art. 16: Transmission Signals
of International Telegraph. Alphabets Nos. 1 and 2, and Morse Code Signals.
Genf: ITU 1959.
В немецком переводе: Vollzugsordnung fur der Telegraphendienst Genf 1958;
herausgegeben vom Bundesministerium fur das Post — und Fernmeldewesen, 1959.
List of Definitions of Essential Telecommunication Terms (2nd impr. 1961) Part I:
General Terms; Telephony; Telegraphy.
1st Supplement to Part I of the List of Definitions of Essential
Telecommunication Terms (I960).
2nd Supplement to Part I of the List of Definitions of Essential
Telecommunication Terms Transmission (1964).
Genf: ITU.
Рекомендации МККТТ
Рекомендации МККТТ опубликованы в Оранжевой книге: Orange Book,
Genf: ITU, 1977.
226
Перечисляемые ниже серии этих Рекомендаций распределены по томам
Оранжевой книги следующим образом:
Рекомендации серии
V1
X1
F
G, И
М
О
S, R
Том Оранжевой книги
VIII.1
VIII.2
И.З
III
IV. 1
IV.2
VII
Кроме того, каждый том Оранжевой книги содержит словарь
соответствующих терминов.
Временные Рекомендации Х.З, X.25, X.28 и Х.29 опубликованы в издании:
Provisional Recommendations Х.З, X.25, X.28, and X.29 on packet-switched data
transmission services.
Genf: ITU, 1978.
Серия V — передача данных *
V.l
Соответствие между двоичными символами и значащими
позициями сигналов
V.2
Уровни мощности при передаче данных по телефонным
каналам
V.3
Международный Алфавит № 5
V.4
Общая структура сигналов, закодированных с помощью
Международного Алфавита № 5, для передачи данных по
телефонной сети общего пользования
V.5 Стандартизация скоростей для синхронной передачи данных
(ранее V.22) по коммутируемой телефонной сети
V.6
(ранее
V.22 бис)
Стандартизация скоростей для синхронной передачи данных
по арендованным каналам телефонного типа
V.10 Электрические характеристики несимметричных двухполюе-
(идентичпа ных цепей стыка, выполненных па интегральных микросхемах
с Х.26) и применяемых при передаче данных
V.11 Электрические характеристики симметричных двухполюсные
(идентична цепей стыка, выполненных на интегральных микросхемах и
с Х.27) применяемых при передаче данных
V.15
Использование акустического сопряжения для передачи
данных
1 Немецкий перевод Рекомендаций серий V и X: CCITT — Empfehlungen
dc-r V-Serie und dcr X-Serie: Datenubertragung, 3. Aufl. Hamburg: R. V. Deckers
Verlag G. Schenk, 1977.
* В оригинале приводимые далее наименования Рекомендаций даны на
английском языке. {Прим. ред.)
8* 227
V.19 Модемы для параллельной передачи данных с использованием
частот телефонной сигнализации (тастатурного набора)
V.20 Модемы для параллельной передачи данных, стандартизован-
(ранее V.30) ные с целью универсального применения в общей
коммутируемой телефонной сети
V.21 Модем на 200 Бод, стандартизованный для применения в
общей коммутируемой телефонной сети
V.23 Модем на 600/1200 Бод, стандартизованный для применения
в общей коммутируемой телефонной сети
V.24 Список определений для цепей стыка между оконечным
оборудованием данных и аппаратурой окончания канала данных
V.25 Устройство автоматического вызова и/или ответа в общей
коммутируемой телефонной сети
V.26 Модем на 2400 бит/с, стандартизованный для применения в
четырехпроводных арендованных каналах телефонного типа
V.266hc Модем на 2400/1200 бит/с, стандартизованный для
применения в общей коммутируемой телефонной сети
V.27
У.27бис
V.27rep
V.28
V.29
V.31
V.35
V.36
Модем на 4800 бит/с с настраиваемым вручную корректором,
стандартизованный для применения в арендованных каналах
телефонного типа
Модем на 480Г бит/с с автоматическим корректором,
стандартизованный для применения в арендованных каналах
телефонного типа
Модем на 4800/2400 бит/с, стандартизованный для
применения в общей коммутируемой телефонной сети
Электрические характеристики несимметричных двухполюсных
цепей стыка
Модем на 9600 бит/с, стандартизованный для применения в
арендованных каналах телефонного типа
Электрические характеристики однополюсных цепей стыка,
выполненного на контактах
Передача данных со скоростью 48 кбит/с по групповым
каналам с полосой частот 60—•! 08 кГц
Модемы для синхронной передачи данных по групповым
каналам с полосой частот 60—108 кГц
V.4I
Кодонезависимая система защиты от ошибок
V.50 Стандартные нормы качества передачи данных
V.5.1 Организация технического обслуживания международных
каналов телефонного типа, используемых для передачи данных
V.52
V.53
V.54
V.55
(идентична 0.71)
V.56
V.57
Характеристики приборов для измерения краевых искажений
и коэффициента ошибок при передаче данных
Нормы для технической эксплуатации каналов телефонного
типа, используемых для передачи данных
Испытательные шлейфы для модемов
Характеристики приборов для измерения импульсных помех
в каналах телефонного типа
Сравнительные испытания модемов, используемых в каналах
телефонного типа
Комплекс многосторонних испытаний для высокоскоростной
передачи данных
Серия X — сети передачи данных общего пользования
X.] Международные классы обслуживания абонентов сетей
передачи данных общего пользования
Х.2
Х.З*
Х.4
Х.20
Х.20бис
Х.21
Международные услуги для абонентов сетей передачи
данных общего пользования
Услуга «Сборка и разборка пакетов» (PAD) в сетях
передачи данных общего пользования
Общая структура сигналов, закодированных с помощью
Алфавита № 2 МККТТ для передачи данных по сетям общего
пользования
Стык между оконечным оборудованием данных (ООД) и
аппаратурой окончания канала данных (АКД) при стартстоп-
ном режиме работы в сети передачи данных общего
пользования
Стык между ООД и АКД, совместимый со стыком по
Рекомендации V.21, при стартстопном режиме работы в сети
передачи данных общего пользования
Стык между ООД и АКД при синхронном режиме работы в
сети передачи данных общего пользования
* См. примечание на с. 227.
229
Х.21бис Применение в сетях передачи данных общего пользования
ООД, рассчитанного на сопряжение с синхронными
модемами, удовлетворяющими Рекомендациям серии V
Х.24
Х.25*
Х.26
(идентична V.10)
Х.27
(идентична V.11)
Х.28*
Х.29*
Х.95
Х.96
Серия F —
F.1
Серия С —
G.702
режи.
Список определений для цепей стыка между ООД и АКД в
сетях передачи данных общего пользования
Стык между ООД, работающим в пакетном режиме, и АКД
в сети передачи данных общего пользования
Электрические характеристики несимметричных двухполюсных
цепей стыка, используемого при передаче данных с
применением интегральных схем
Электрические характеристики симметричных двухполюсных.
цепей стыка, используемого при передаче данных с
применением интегральных схем
*>
Стык между ООД, работающим в стартстопном режиме с
доступом к услуге «Сборка и разборка пакетов» (PAD), и АКД
в сети передачи данных общего пользования, расположенной
в той же стране
Процедуры обмена управляющей информацией и данными
•между ООД, работающим в пакетном режиме, и средствами
сборки/разборки пакетов (PAD)
Сетевые параметры сетей передачи данных общего
пользования
Сигналы, используемые в процессе вызова в сетях передачи
данных общего пользования
мы и тарифы телеграфной связи
Операционное обеспечение международной службы передачи
телеграмм общего пользования
телефонная связь
Словарь терминов по имнульсио-кодовой модуляции (ИКМ)
и цифровой овязи
Серия Н — линии для передачи сигналов, отличающихся от телефонных,
например, сигналов данных
Н.12
Н.14
Характеристики арендованных каналов телефонного типа
Характеристики групповых каналов для передачи
широкополосных сигналов
* См. примечание на с. 227.
230
Серия М — техническое обслуживание, например, при передаче данных
М.1020 Характеристики арендованных каналов особого качества (на-
(ранее М.102) пример, для передачи данных)
Серия S — телеграфные аппараты
S.13 Применение в радиоканалах семиэлементных синхронных
систем, обеспечивающих исправление ошибок за счет
автоматического повторения
S.15 Использование сети Телекс для передачи данных со скоростью
(ранее V.10) модуляции 50 Бод
S.16 Автоматический вызов и/или ответ в сети Телекс
(ранее V.11)
S.17 Устройства автоматического ответа
(ранее V.13)
S.31 Характеристики стартстопного оконечного оборудования дан-
(ранее Х.31) ных, рассчитанного на скорость 200 Бод и использование
Международного Алфавита № 5, на стыке с аппаратурой
окончания канала данных
S.32 Устройства автоматического ответа для стартстопных аппа-
^анее Х.32) ратов, рассчитанных на скорость 200 Бод и использование
Международного Алфавита № 5
Серия R — телеграфные каналы
R.44 Шестиэлементная синхронная двух-, трехкаиальная
телеграфная система с временным разделением для использования в
каналах тонального телеграфирования с частотным
интервалом 120 Гц при подключении к стандартизованной
телетайпной сети
Серия О — измерительная аппаратура
0.61 Основные технические условия на приборы прямого
измерения перерывов в телефонных каналах
0.62 Основные технические условия на приборы косвенного
измерения перерывов в телефонных каналах
0.71 (идентич- Технические условия иа приборы для измерения импульсных
иа V.55) помех в каналах телефонного типа
0.91 Основные технические условия на приборы для измерения
фазового дрожания в телефонных каналах
2.2. МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ — ИСО (ISO)
Международные стандарты ИСО (ISO...) и проекты международных
стандартов (ISO/DIS ...) изданы в виде отдельных брошюр*.
ISO
ISO
ISO
ISO
ISO
ISO/DIS
ISO
ISO
ISO
ISO
ISO
ISO/DIS
646
1155
1177
1745
2022
2110
2111
2382
2628
2629
3309
4335
Наборы знаков в семиэлементном двоичион коде для
обмена информацией
Обработка информации. Использование продольной
четности для обнаружения ошибок в информационных
сообщениях
Обработка информации. Структура знаков для старт-
стопной и синхронной систем передачи данных
Обработка информации. Основной вариант процедур
управления для систем передачи данных
Методы расширения семиэлементного кода ИСО
Передача данных. 25-контактный разъем стыка между
ООД и АКД и распределение номеров его контактов
Передача данных. Основной вариант процедур
управления. Кодонезависимая передача информации
Обработка данных. Словарь терминов. Раздел 01:
основные термины
Основной вариант процедур управления.
Дополнительные сведения
Основной вариант процедур управления. Передача
речевой информации
Передача данных. Процедуры управления каналом
передачи данных высокого уровня (HDLC). Структура
Передача данных. Процедуры управления каналом
передачи данных высокого уровня. Элементы процедур
(независимая нумерация)
* См. также (22*]. (Прим. ред.)
232
ISO/DIS 4902 Передача данных. 37- и 9-контактные разъемы стыка
между ООД и АКД и распределение номеров их
контактов
ISO/DIS
ISO/DIS ■
ISO/DIS
4903
6159
6256
Передача данных. 15-контактный разъем стыка между
ООД и АКД и распределение номеров его контактов
Передача данных. Несимметричный класс процедур
управления каналом передачи данных высокого уровня
(процедур HDLC)
Передача данных. Симметричный класс процедур
управления каналом передачи данных высокого уровня
(процедур HDLC)
2.3. ЕВРОПЕЙСКАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ АССОЦИАЦИЯ
ПО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ — ЕПАВТ (ЕСМА)
Стандарты ЕПАВТ выпущены в виде отдельного издания (Blue Cover)
ЕСМА-6
ЕСМА-16
ЕСМА-24
ЕСМА-26
ЕСМА-27
ЕСМА-28
ЕСМА-29
ЕСМА-35
ЕСМА-37
Набор знаков семиэлементного кода ввод—вывод
Основной вариант процедур управления для систем передачи
данных, использующих семиэлементный код ЕСМА
Кодонезависимая передача информации (расширение
основного варианта процедур управления для систем передачи
данных, соответствующих стандарту ЕСМА-16)
Процедуры восстановления (расширение основного варианта
процедур управления для систем передачи данных,
соответствующих стандарту ЕСМА-16)
Процедуры прекращения и прерывания (расширение
основного варианта процедур управления для систем передачи
данных, соответствующих стандарту ЕСМА-16)
Процедуры разделения многих установок (расширение
основного варианта процедур управления для систем передачи
данных, соответствующих стандарту ЕСМА-16)
Передача речевой информации (расширение основного
варианта процедур управления для систем передачи данных,
соответствующих стандарту ЕСМА-16)
Расширение набора знаков семиэлементного кода
Дополнительные функции управления передачей (расширение
основного варианта процедур управления для систем
передачи данных, соответствующих стандарту ЕСМА-16)
233
ЕСМА-40 Процедуры управления каналом передали данных высокого
уровня (процедуры HDLC), общая структура
ЕСМА-49 Процедуры HDLC, элементы процедур
2.4. ИНСТИТУТ СТАНДАРТОВ ФРГ — ДИН (DIN)
Стандарты издаются в виде листков стандартов ДИН (белых) и листков
проектов стандартов ДИН (желтых)
DIN 44300 Обработка информации; термины
DIN 44301 Теория информации; термины
DIN 44302 Обработка информации; передача данных, термины
?
DIN 66003 Обработка информация; семиэлементный код
DIN 66019 Обработка информации; процедуры управления с
применением семиэлементного кода при передаче данных
DIN 66020, Передача данных; требования к стыку при передаче бипо-
лист 1 $1ярных сигналов данных, скорости передачи до 20 кбит/с
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и аппаратурой передачи
часть 1 данных (АПД) при работе со скоростью до 200 бит/с по
телефонным каналам во встречном режиме
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД при передаче со
часть 2 скоростью до 1200 или 600 бит/с по телефонным каналам
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД при передаче со
часть 3 скоростью 2400 или 1200 бит/с по телефонным каналам
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД при автоматиче-
часть 4 ском установлении соединения в коммутируемой телефонной
сети
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД при синхронном
часть 5 режиме работы по сети передачи данных
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД при стартстоп-
часть 6 ном режиме работы по сети передачи данных
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД при синхронном
часть 7 режиме работы со скоростями 4800/2400 бит/с по телефонным
каналам
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД при синхронном
часть 8 режиме передачи со скоростями 9600/7200/4800 бит/с по
телефонным каналам
234
\
DIN 66021, Передача данных: стык между ООД и АПД прн синхронном
часть 9 режиме работы со скоростью 48000 бит/с по первичным
групповым трактам
DIN 66021, Передача данных; стык между ООД и АПД прн параллель-
часть 10 ной передаче данных по телефонным каналам
DIN 66022, Обработка информации; представление семиэлементного кода
лист 1 при передаче данных, последовательная передача
DIN 66203 Обработка информации; семиэлементный код, правила
расширения
DIN 66221, Обработка информации; процедура управления каналом
перечасть 1 дачи данных высокого уровня HDLC, структура блоков
передачи данных
2.5. ОБЩЕСТВО СВЯЗИ СОЮЗА НЕМЕЦКИХ ЭЛЕКТРОТЕХНИКОВ —
ОС СНЭ (NTG VDE)
Рекомендации и проекты рекомендаций ОС СНЭ публикуются в журнале
«Nachrichtentechnische Zeitschrift» (NTZ)
NTG
NTG
NTG
NTG
NTG
NTG
0101
0102
0103
0902
0903
1202
Техника модуляции, термины. NTZ, 24 (1971), 282—286
Теория информации, термины. NTZ, 19 (1966), 231—234
Техника импульсной модуляции, термины. NTZ,
25 (il972), K219—К225
Коммутационная техника, термины системотехники.
NTZ, 25 (1972), К125—К136
Коммутационная техника и теория телетпафика,
термины. NTZ, 24 (1972), К57—К61
Термины по телеграфной технике н телеграфному
оконечному оборудованию, применяемому для передачи
данных. NTZ, 24 (1971), 481—495
2.6. ПОЧТОВОЕ ВЕДОМСТВО ФРГ (DBP)
2.6.1. Правила для служб электросвязи общего пользования
Устав связи
издан федеральным министром по делам почты и электросвязи 5 мая
•■1971 г.; последнее, исправленное издание ;вышло в апреле 1978 г. и
содержит инструкции и правила во изменение Устава связи
235
Правила телеграфной связи и службы Датекс |
изданы федеральным министром по делам почты и электросвязи' 26
февраля 1974 г; последнее, исправленное издание вышло в январе 1979 г. и
содержит соответствующие инструкции и правила во изменение правил
телеграфной связи и службы Датекс
Правила для сети прямых соединений общего пользования, предназначенной
для передачи дискретных сообщений
изданы федеральным министром по делам почты и электросвязи 24 июня
1974 г.; последнее, исправленное издание вышло в январе 1979 г. и
содержит соответствующие инструкции и правила, касающиеся изменения
тарифов абонентской платы, установленных для указанной сети 27 октября
2.6.2. Предписания и памятные листки
Постановление о частных установках проводной связи
издано федеральным министром по делам почт и электросвязи, служебный
листок № 40 от 22 марта 1976 г.
Сборник инструкций Центрального бюро электросвязи 1R8. Технические и
эксплуатационные условия предоставления магистральных присоединений, а
также линий и цепей, принадлежащих ведомству связи. Разработаны и
изданы Центральным бюро электросвязи в 1974 г.
Памятные листки службы передачи данных Почтового ведомства ФРГ,
изданные Центральным бюро электросвязи
Памятный листок А
Памятный листок С
Памятный листок D
Памятный листок Е
Памятный листок F
Памятный листок Р
Памятный листок Т
Передача данных по сети Телекс. Скорость
передачи 50 бит/с
Передача данных по линиям, принадлежащим
Почтовому ведомству
Передача данных по телефонной сети общего
пользования. Скорость передачи до 4800 бит/с
Передача данных по сети Датекс. Скорость
передачи до 9600 бит/с
Передача данных по сети прямых соединений
общего пользования. Скорость передачи до 48000 бит/с
Планирование телеобработки данных
Сокращенный вызов, прямой вызов, тарифы,
индикация и режимы работы абонентов в рамках службы
Телекс
236
V
Памятный листок U Новая, расширенная система мер по защите от помех
основного оборудования служб Телекс, Датекс и
прямого вызова, а также международных
арендованных каналов
Памятйый листок Z Передача данных по каналам связи Почтового ве-
I
домства ФРГ. Задачи и возможности
Приложение Z Сводка важнейших тарифов, касающихся платы за
использование каналов связи для передачи данных
Предписания для службы передачи данных Почтового ведомства ФРГ,
изданные Центральным бюро электросвязи
Предписания а Аппаратура пунктов телексной связи, предназначен-
} пая для передачи данных
Технические предписания Подключение оконечного оборудования к арендо-
Ы/Ь2 ванным телеграфным каналам при скоростях до
200 Бод
Технические предписания Временные технические условия на стык устройства
dl передачи данных «Модем D1200S»
Технические предписания Временные технические условия на стык устройства
d2 передачи данных «Модем D200S»
Технические предписания Временные технические условия на стык для системы
(33 передачи данных «D20P»
Технические предписания Временные технические условия на стык устройства
(34 передачи данных «Модем D2400S»
Технические предписания Временная информация по устройствам автоматиче-
(35 ского вызова (УАВ) для каналов передачи данных
Почтового ведомства ФРГ
Технические предписа- Временные технические условия на стык для вызыв-
ния е ных приборов службы Датекс Почтового ведомства
ФРГ
Общие предписания z Правила допуска оконечного оборудования для
подключения к каналам связи
/
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
*
К главе 1
1.1 CCITT: .Recommendation V. 24: List of definitions for interchange circuits
between data terminal equipment and data circuit-terminating equipment.
Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.2 DUST 66020, Bl. 1: Dateniibertragung. Anforderungen an die Schnittstelle bei
Ubergabe bipolarer Datensignale. Ubertragungsgeschwindigkeiten bis zu
20 kbit/s. 1974.
1.3 .CCITT: Recommendation V.21: 200-baud modem standardized for use in
the general switched telephone network. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU
1973.
1.4 CCITT: Recommendation V. 23: 600/1200-baud modem standardized for use
in the general switched telephone network. Green Book, Vol. V11T, Genf: ITU
1973.
1.5 CCITT: Recommendation V. 20: 2400 bits per second modem standardized
for use on four-wire leased circuits. Green Book,"Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.6 CCITT: Recommendation V. 26 bis: 2400/1200 bits per second modem
standardized for use in the general switched telephone network. Green Book. Vol.
VIII, Genf: ITU 1973.
1-7 CCITT: Recommendation V. 27: 4800 bits per second modem standardized
for use on leased circuits. Green Book, Vol. VIif, Genf: ITU 1973.
1.8 CCTTT: Recommendation V. 3o: Data transmission at 48 kilobits per second
using CO- to 108kHz group band circuits. Green Book, Vol.VIII, Genf:
ITU 1973.
1.9 CCITT: Recommendation V. 30: Parallel data transmission modems
standardized for universal use in the general .switched telephone network. Green ,
Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.10 CCITT: Recommendation V. 25: Automatic calling nnd/or answering
equipment on the general switched telephone network, including disabling of echo
suppressors on manually established calls. Groon Book, Vol. VI11. Genf: ;
ITU 1973.
1.11 CCITT: Recommendation V. 11: Automatic calling and,or answering on the
telex network. Green Book, Vol. VI11, Genf: ITU 1973.
1.12 CCITT: Recommendation F. 1: Operating nictliods for the international
general telegraph service. Green Book, Vol. II-B, Genf: ITU 1973.
1.13 CCITT: Recommendation X. 20: Interface between data terminal equipment
and data circuit-terminating equipment for start-stop services in user classes 1
and 2 on public data networks. Green Hook, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
l-HCOITT: Recommendation V. 3: International Alphabet So. 5. Gre'en Book,
Vol. VIII. Genf: ITU 1973.
1.15 CCITT: Recommendation X. 21: Interface between data terminal equipment
and data circuit-terminating equipment-for synchronous operation on public
data networks. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.16 CCITT: Recommendation V. 28: Electrical characteristics for unbalanced
double-current interchange circuits. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
.-1.17\fiCITT: Recommendation V. 31: Electrical characteristics for single-cufrent
interchange circuits controlled by contact closure. Green Book, Vol. VIII,
'' qenf: ITU 1973.
1.18 ISO 2110: Data communication — 25 pin DTE/DCE interface connector and
pin assignments.
1.19 Baeher, W.: Modems fiir die Serieniibertragung von Daten iiber Fernsprech-
wege. Siemens-Z. 43 (1969) 123-129.
1.20 DASl 024 554 (Erfinder: v. Plata,H.; v. Sanden,D.): Schaltungsanordnung
zur Erzeiigung frequenzmodulierter Telegrafiesignale.
1.21 Fischer, G.; Schulz, J.: Modem 300 A und Modem 1200 A fiir die Datenuber-
tragung iiber Fernsprechverbindungen. Siemens-Z. 49 (1975) 29—34.
1.22CCITT: Supplement Л'г. 1: Federal Republic of Germany: Study of the
general switched telephone network with a view-to its suitability for data
transmission. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
1.23 Kaden, H.: Theoretische Gi'undlagen der Dateniibertragung. Miinchen, Wien:
Oldenbourg 1968.
1.24 Betten, H. P.; Widmaier, R.: AVeigel, U.: Modem 2012 fiir Dateniibertragung.
Elektr. Xachrichtenwesen (ITT) 50 (1975) 183-188.
1.25Xorz, A.; Tetzner, W.: Der Modem 2011 fiir Dateniibertragung bis 1200bit/s.
SEL-Kachrichten 14 (1966) 140 14(i.
1.26Ruopp. G.: Die Demodulationfreqiienzumgetasteter Signale mit Bandbreiteii
in der GroBeiiordmin" der Mittenfrequenz. Stuttgart, Techn. Univ., Diss. 1975.
1.27Griitzmann,.S.: A method on realizing modems for data transmission over
telephone lines in IC-technology. Internat. Commun. Conf., Boulder. 1969,
Conf. Roc. S. 3S-1 bis 38-5.
'l-28Hofmeistei-, H'.: Datcmibertragungsgenit DM2400. Techn. Mitt. AEG-Teie-
1unkon62 (1972) 9-10.
1.29Siglov, J.; Valentn, H.: Dateiiiibertiagungscinrichtung Modem 4800 fiir fest-
geschaltete Femsprechwegc, Siemens-Z 47 (1973) 525—530.
].30Tannh;iiisei', A.: High speed data transmission with differential phase
modulation in telephone networks. Xachr.-tcchn. Z. 25 (1972) 330—333.
1.31 Krctzmer, K\ P.: The new look in data communications. Bell Labor. Rec.,
Okt. 1973. S. 259-21)5.
l.32Gitiiii,R.lX: Ho.E. V.: Ma/., Т. К.: Passband equalization of differentially
phase-modulated data signals. Bell Syst. Techn. J. 52 (1973) 219—238.
1.33 DAS 1791 174 voni 20.9. 1908 (Erfinder: Wendland, В.): Entzerrersehaltung
zur IJeseitiguiig liuearer Vcizerriingen.
1.34 Fischer, 0.; Gitniou', ().: Modem fiir die Paiallel-Ubertragnng von Daten iiber
Fornsprechwalilnetze. ,Siemens-Z. 43 (l!M>9) 129- 135.
1.35 Fuehs, K.: Ohleiidoif, G.: Parallolmodeuis fiir Goschwindigkeiten bis 40
Zekhen/h.Xa.dii\-tcchn.Faehber. 37 (KMiii) 94 ЮГ,
1.36 Kaltenbaoli. A.: Pavullel-Dateniibortiaguug iiber das Fernsprechnetz. Der
Ingenieiir der Deiitschcn Hundcspost (1970) 5, S. 172-180.
1.37 Trcsohati, H.: ParallelcDateuuhertragimg. Z. fiirPost- undFevnmeldewesen20
(19G8) 595-59S.
1-38 Fuehs, E.; Griitzmann, S.: Error rate and error detection in parallel .data
transmission over telephone networks. Colloqne international sur la tele-
informatiqne, Paris 1969, T. 1, S. 124-133.
239
■* 1.39CCITT: Bec6wmendatroTxQ.^:5fecbiicaIfeaii}£ea,of Jiiab.b^ontel€Mffitt9
sets. Gjceen. Boob, Vol. VX (fettf: ITU 1973. f
1.40 Zell, P.: Signalenipfanger fur die Tonfrequenz.-3Ta^tom. Infom&ifoll£Rl!ern-
sprech-Vermittlungstecbuiki (1968) 152—159. _ i
1.41 Soderberg, J. Hi; Campbell, R. R.; Bates, 3?. E.: The touch tone telephone»
transmission of digjtai Ыршэ&ои» USEE Ti&bs. Uommun, Techitol. СОЖ
15 (1967) 812-824.
1.42 Damm,E. R.: Basisband-Datenuhertragungsemrichtungen im in;egrierten
Femschreib- und Datejiftets (ДОК) der DeiitschenBundespost. Nacnr.-techn.
.Faehber. 55 (1976) 231-2jtf.' ... /
1-43 Griitzmann, S.: Ubertragungseinheiten zum Eiusatz in rjatennetzein. Nachr.-
techn. Fachber. 55 (1976) 220-230. \
1.44Franke, H.; Gicck, R.: Gleichstrom Datenubertraguiigssystem ЪЫ 9600 bit/s
im Xahbcrcich. Sicmens-Z. 45 (1971) 229-231.
1-45 Hoist, H.; Lang, M.: Datenubertiagung im Ortsnetz durch Gleichstrom-
tastung — Ergehrdsse cines Versuchsbctriebes. JN'achr.-techn. Z. 22 (I960)
353 r 363.
1.46 Gieck, R.; Grnncw, D.: Modem X10 fiir d ie Diitenubertragung im Xahbereich.
^'Siemens Z. 49 (1975) 154,-159.
1.47Baeher, W.; Schollmcier, G.: Duteniibertrag"ungseiurichtimg Modem 960Q fiir
festgeschaltete Fcrnspreeiwcge. Siemens-Z. 49 (1975) 287—292.
1-48CCITT: Recommendation X. 1: User classes of service for public data
networks. Green Hook, Vol. VIIГ, Gent": ITU 1973.
1.49CCITX: RccQtnmcndation X 2: Kccoiiimended user facilities available in
public data networks. Green Hook, Vol. V1I1, (i,.nf: ITU 1973.
1.50 Tamihauser, A.: Dntcnfibei'iragung mit 48 bis 72 kbit/s auf Friinargnippen-
verbindungen. Xachr.-teclm. Fachber. f>5 (1976) 213 — 219.
1.51 Wasscr. L: Einkajial-I)afcnubertraguiu;seinnchtiing KI) 1000. NTZ-Kcport
(1972) H. 1 J, S. 38-42.
1.52Gnllcnkniup, W.; Kern, K.: Transmission systems for the new integrated
telegraph and data net work of the Deutsche Huiidcsr>o.st. World
Telecommunication r'oniin (Technical'symposium). Couf, I'roc, Genf: 1'1'U 1975, S. 2.3.6.1
bis2.3.0.7.
1.53 HeSSenmiUIer, Л.: Martin, 3).: Kanalcodicning und Datenhbertragung im
UasisJMUd auf ЛК-Ка^скх fur «-in Dutcimetz, luteniat. Zi.'uich Seminar on
Digital Cbmmun. 1974, H. H 2 (t -Г.).
l.54Lusohen, I?.: Tonfn,tnivlix-'\Vc<hscIstri;mlcIegrapliie. Klcktrotcchn. Z. 44
(1923) 1-4 imd 28-31.
l-SSNcIiOiiuiUum.cr. K.: V'oss, H. H.: [•Viuselireibiibertragimgsfcehnik. Mi'mchen,
Wien: Oklciiljourg l'JOG,
I.S6C0IXT: Recommendation K. 36*: Standardization of frequeney-shift-modu-
latcd voiee-frcqueney telegraph systems, for a modulation rate of 50 bauds.
Green Hook, Vol. VII, Genf: lTU"l973.
1 57CC1TT: Kecommcndation R.37: Standardization of frequeney-shift-modu-
luted voicc-frcqueucy telegraph systems for a modulation rate of 100 bauds.
Green Hook, Vol. VI I, Genf: ITU 1973.
1.58CCLXT: Recommendation K. 38 Л: Standardization of frequency-shift-modu-
lated voice-frequency telegraph systems for a modulation rate of 200 bauds
with channels spaced at 480 Hz. Green Book, Vol. VII, Genf: ITU 1973.
'..59CCXTT, Recommendation R. 38 B. Standardization of frequency-shift-modu-
Щей voice-frequency telegraph systems for a modulation rate of 200 bauds'
Avkh channels spaced at 360 Hz. Green Book, Vol. VII, Genf: ITU 1973.
1.60CCITT: Recommendation X. 40: Standardization of frequency shift
modulated transmission systems for the provision of telegraph and data channels
by frequency division of a primary group. Green Book, Vol. VIII, Genf- ITU
197Э,
1.61H6Izler, K.; Holzwarth, H.: Pulstcchnik, Bd. II: Anwendungen und Systeme.
Berliri, Heidelberg, New York: Springer 1976.
1.62 Travis1,, L. F.; Yaeger, R. E.: Wideband Data onT 1 Carrier. Bell Syst. Tech.
J. 44 (1965) .1567-1604.
1.63 Dieter, K. G.. Bitgruppenorientierte Multiplexer in Datennetzen. Nachr.-
tochu. Fachber. 55 (1976) 267-271.
1.64 Doster, R.: Zeitmultiplexeinheiten fur den Einsatz in Datennetzen. Nachr.-
techn. Eachber. 55 (1976) 257-266.
1.65 Bader, E.: Code- und geschwindigkeitsunabhangige Telegrafie- und Da ten-
kiinale in Zeitvielfachsystemen. Nachr.-techn. Fachber. 55 (1976) 272—281.
1.66 CO ITT: Recommendation X. 50: Fundamental parameters of a multiplexing
scheme for the international interface between synchronous data networks.
Green Book, Vol. VIM, Genf: 1973.
1.67 Kahl, P.: 2-Mbit/s-Digitaliibertragung auf vorhandenen Kabelanlagen det
DBP mit symmetrischen Elemental: Planting. Naehr.-techn. Fachber. 55
(1976) 242-249.
1.68 Herz.R.: 2-Mbit/s-Digitaliibertragung auf vorhandenenKabelanlagenderDBP
mit symmetrischen Elementen: Technisehe Ausfiihrung. Nachr.-techn.
\ Fachber. 55 (1976) 250-256.
К главе 2
2.1 D.LX 40042: Zuverltissigkeit elektrischer Gerate, Anlagen. und Systeme;
Begriffe. 1970 .
2.2 Postleitfaden Bd. 6. „Fernmeldetechnik", 6. Teil „Telegrafenteehnik",
111 „Fernsehreib- mid Datcnvermittlungstechnik", Кар. 4: Telegrafen-
und Datenveiinitthiiigsteelmik. Hamburg: R. v. Decker's Verlag G. Schenck
1971.
2.3 Pi'itz, Л.: Leistungsiucikmale, Aiifbuil und Besonderheiten des Fernschreib-
Wiihlvermittlungssystems TWK D. Sicmens-Z. 42 (1968) 440-453.
2.4 .Schneider, K.: .Besonderheiten groCerTWK D-Wahlvermittlungen. Siemens-
Z. i-> (19C8) 453-458.
2.5 .Melis,A.; Verschuereii, G.: Fernschreib- und DatenYemii&iujagesystem
Л1КТАСОХТА 10 C. Elektr. Xachr. wcs. 45 (1970) 173-18&
2.6 Cagnac/r.; IVuchard, C; Lc Gall, A.; YelloZjG.: Das Ш^еЙЙеЙВ!^
system ITT 3200. Klskir. Kachr. ives. 46 (1971) 32-40. „,/
2.7 Dyczmons, W.; GofiiaiijK.: Das Datenvernyttlungssystem EPS. Computer-
Pi-axiK 11 (1971) 282-28C.
2.8 Gabler, H.; .Staiidiiiger, \V.: Das deiitsehe Datennetz mit dem elektronischei,
Datenvermittlimgssystcm (EDS); l.Teil: Der Fernmelde-Ing. 26 (1972)
H. 5,1-38; 2. Teil: Der Fernmelde-Ing. 26 (1972) H. 6, 1-39.
241
2.9 Hagen. К.: Kinriehtungen des elektronischeii Datenvermittlungssystoms EDS
fiir taktgesteueite Datennetze. Xachr.-techn. Fachber. 55 (1976) 102—112.
2.10 v-. Ballmoos, J.; Bonnick, B. J.: An electronic telex exchange. IEE Switching
Techniques for Telecommunication Networks, 1969 Conf. Piibl. Nr. 52,
8.111-114. /
2.nFenischreib-Wahlvermittlung TWK X Systembeschreibimg A22320-X48-
A100-3-18, Miinchen: Siemens AG 1973. " 7
2.12Gaiser, R.; Mitterer, H.: Remote-controlled concentrators for data networks.
Intemat. Conf. on Commim. 1971, Conf. Вес, S. 44—10 bis 44—1?.
2.13BartcI. W.; Goldner, R.; Hessenmuller, H.: A possibility of concentrating
asynchronously operating data stations in EDS networks by means of
synchronous time- division multiplex transmission. Nachr.-techn. Z. 26 (1973) 20 bis
25.
2.14 Bauchrowitz, F.; Kreuzholz, L.: Konzenlrator KMS fiir nn'ttelschnelle
Datennetze. Siemens-Z. 49 (1975) 430-434.
2Л5 Wessler, B. D.; Hovey, 11. B.: Public packet-switched networks.
Datamation 20^(1974) H. 7, S. 85-87.
2.16 Casey, К. В.: Developments in telegraph message switching systems. The
Telecommnn. J. of Australia (19GC) 99-104.
2.17Bazilevich,Y.V.; Pranmek. G. F.: The basic methods of realizing message
switching centers. Teleconiiiiuii. and Kadio Engng. 25;26 (1971) 11, S. 11
bis 14.
2-18Davies,D. \V.; Barber. D. L. A.: Communication networks for computers;
Chap. 8: ^Message switching systems. Chap. 1 (.- Protocols, terminals and
network monitoring. London: John Wiley 1973.
2.19 van Kampcn.H.: The type DS714 computer-based message and data
switching system. Philips Telecominun. Rev. 2S (19Ш1) 135-146.
2-20 van Kanvpen, H.z The DS 714 system for telex. Philips Telecominun. Kev. 30
(1972)59-1)4.
2.21 Hoscheisen, У.: Siemens-System ll>2. Xehenstcllenanhigen fiir den Л-ni-
schreibverkehr. .Siemcns-Z.'49 (1975) 217- 22П.
2.22 Piisch. I».: DC 100 — ein .System liir das rccliiicrgrstciit-rtc Siintiiieln. Vcr-
teilen.und Vcrmitteln von Da ten. Siemens-/,. 43 (1969) Heiheft „Datenfem-
vcrarbeitung'" 44 - -50.
2.23 ."Wartin.J.: Die Organisation von Dafennitzcn. Кар. 12: Konzcntratoren.
Miinchcn: Carl Hanscr 1972.
2.24 IJadcr, E.: A bit-synchronous multipoint data (riinsinissioii network. Kiirocon
1971 Dig.. I.nusaunc. S. |{ 7- 3 (1) bis 7 3 (2).
К главе З
3.1 liockrr. I\: Data traffic in eomniuiiieation networks. World
Telecommunication Гт-ит (Technical.symposium). Conf. !W. Genf: 1ТГ 1975, S 23 11 his
2.3.1.8.
3.2 rimind.-i.X.: .'Jink, K.: Feriisprcchteclinik und Dutenvcikclir. Telefon rep. 9
(1973)33-36.
3.3 l>ilz, H.-.J.:Aiiskunfts.systeinciu Dienst [cist ungsiinteriichmen mil MODACOM.
Telefon rep. 9 (1973)64 -71.
3-4 (,'crke, I'.: Kinijxi- Cesi.htspunkte zu dienst-intcgiierteii Fernmeldenetzen.
Telefon rep. 11 (1975) 80 90.
• 3.S CVITT: ReCoimnftUtation X. 1: I'sor С'1;ЙКГВ of service ami data Signalling
jfate^for public* data networks, («'icon Hook. Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
3.6 CCITT: Recommendation X.2: Recommended user farilitics available iu
public data networks. (Jтоп Rook, Vol. VJ11, Genf: ITU 1973.
3.7 GableA H.; Staudinger, W.: Das dentsclie Datennetz mit dem elektronischen
Datenvermittlungssj-stem (EDS). DerFernmelde-Ing. 26 (1972) H. 5 imd 6.
3.8 Carleton, G.'F.: Infoswitch—a public nationwide data networ&>.in. Canada.
jSTaclnvtechn. Fachber. 55 (1976) 157—168.
3.9 Horton, D. J.: Bowie, P. С: The Dataroute: a digital data network. Conf.
Rec. of ISS 1974, S. 236/1—236/6.
3.10 Snow, X. E.: Knapp, X.: Digital data system: System overview. Bell Sysb.
Tech. J". 54 (1975) 811—832.
3.11 CCITT: Recommendation X. 20: Interface between data terminal equipment
and data circuit-terminating equipment for start-stop services in user classes 1
and 2 on public data networks. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
3.12 CCITT: Recommendation X. 21: 'Interface between data terminal equipment
and. data circuit-terminating equipment for synchronous operation on public
data, networks. Green Book. Vol. VIET, Genf: ITU 1973.
3.13 Dateldieuste der Deutschen Bundespost, MerkblattF: Datenilbertragung im
Cflentlichcn DIrektriifnetz. 1974.
3.14 Bocker, P.: Gaisev, R.: Der Anfbau von Datennetzen mit dem elektronischen
Datenvermittlungssystem EDS. Nachr.-teclm. Z. 26 (1973) 297—304.
3.15 Lecper, 1). G.: Л universal digital data scrambler. Bell" Syst. Tech. J. 52
(1973) 1851-1856.
3.16Allery, G. D.; Chapman, K. J.: Features of a synchronous data network for
the United Kingdom. Conf. Rec. of ICC 71, S. 31/10-31/13.
3.17SaItzberg, B. R.: Zydney. H. M.: Digital data sjrsteni: network
synchronization. Bell Syst. Tech. J. 54 (1975) 879-892.
3.18 Verma, P. K.: Delorenzi, A. J.: Operating experience with the Canadian
Dataroute synchronization system. Conf. Rec. of ICC 1976, S. 25/16—25/20.
3.19Inoue, X.; Fukimiki, H.: Egawa, Т.; Kuroyanagi.N.: SjTichronization of the
NTT digital network. ConfJRce. of ICC 1976, S. 25/10-25/15.
3.20Hartmaim, L.: Veigleich der Taktbctriebsarten integrierter FCM-Xetze.
Xachr.-tcchn. Fachber. 42 (1972) 297-310.
3.21 Thomson, I).: Synchronization of an integrated digital transmission and
switching network. Post Off. Elccfr. Eng. 64 (1971) 190-194.
3.22 Xakajo, T.: Experimental digital data .switching systems. Fujitsu Scientific &
Technical J. (1974) 3. S. 1-47.
3.23 Esterling,R.; Halm,P.: Л comparison of digital data network switching
alternatives, ('«inf. Rec. of National Telecom num. Conf., New Orleans (1975).
N. 42/8--42/11.
3.24 Johnson,T.: Vorziigc der l'aketverniittlung bei der Datenfcrnvcrarbeitung.
Xachr.-teclui. '/.. 29 (li)7C) 436-439.
3.25 Miller. K. IJ.: Kespon.se time in nian-coinpiitei' conversational transactions.
Conf. Rec. of Fall .foiut Computer Conf. I9(>8, S. 267—277.
3.26 Baran, P.: On distributed communication networks. IEEE Trans. Comniun.
Syst. and Coinniun. Tcchnol. 12 (1964) 1 - 9.
3.27 Kleinrock. U.: Computer communication networks. 1st Canadian International
Seminar on Computer CJommuii. Syst. 1973, Vol. 3, S. 138—230.
3.28 Davies, D.: Introduction to the Post Office experimental packet switched
service. 1st Canadian International Seminar on Computer Comnuin. Syst.
1973, Vol. 4, S. 13-25. /
3.29 Depics, R.: RCP, the experimental packet-switched data transmission service
of llic French PTT. Conf. Rec. of ICCC 74, Я. 171-185. /
3.30 1S0/DIS 3309.2: Data coranuinication — High level data link control
procedures - frame structure. )
3.31. ISO/DP 4335: High-level data link control procedures; proposed draft inter
national standard on elements of procedures.
3.32 DIN 66019: Informationsverarbeitung; Steue.rungsverfahren mit dem 7-Bit-
Code bei Dateniibertragung. Marz 1973.
3.33 Rustin, H. (Hrsg.): Computer networks. Englewood Cliffs: Prentice Hall 1972.
К главе 4
4.1 Retting, H,; Vogt, К.: Sehwunddauer und Schwundhaufigkeit bei Kurz-
Avellenubertragungsstrecken. Nachr.- techn. Z. 17 (1964) 57 — 62.
4.2 Ollinger, M.: Technik der Dateniibertragung auf intcrkontinentalen Tele-
graphieverbindungen. Nachr.-techn. Fachber. 37 (1969) 59—69.
4.3 Gerhold, J., Pilz, G.: Funk-Betriebsempfanger E401 mit dekadischer
Frequenzeinstellung von 10 kHz bis 30 MHz. Siemens-Z. 43 (1969) 779-782,
4.4 Baur, E.; Buchwitz, R.; Zirwas, J. G.: FuG 100, Kurzwellen-Sende- und
-Empfangsgeriit fur mobilen Einsatz. Siemens-Z. 45 (1971) 223—225.
1-5 Kronjager, W.: Die Ubertragungsverfahren im Ubersee-Funkdienst. Der
Fernmelde-Ing. 9 (1955) Heft 9.
4.6 CCIR: Recommendation 346-1: Four-frequency diples systems. Xllth
Plenary Assembly, New Delhi, 1970, Vol. Ill, Genf: ITU 1970.
4.7 Burger, E,; Hiergeist, M.: Telegraphie-Demodulator FSE 401 fur feste uric,
mobile Funkempfangsstationen. Siemens-Z. 43 (1969) 783—789.
4.8 Wiesner, L.: Funkfernschreiben auf Kurzwellen mit dem Telegraphie-
Empfangstastgerat FSE 30. Femmeldepraxis 42 (1965) 287—300.
4.9 Schonhammer, K.; Voss, H. H.: Fernschreibiibertragungstechnik. Miinchen,
Wien: Oldenbourg 1966.
4.10 CCIR: Recommendation 436-1: Arrangement of voice-frequency
telegraph channels working at a modulation rate of about 100 bauds over HF
radio circuits. Xllth Plenary Assembly New Delhi, 1970,Vol.III, Genf: ITU
1970.
4.11 Burger, E.; Hiergeist, M.: WTK 1000, ein System fur Fernschreib- und
Dateniibertragung fiber Kurzwellen-Funkverbindungen. Siemens-Z. 48 (1974)
131-135.
4.12 CCIR: Recommendation 456: Data transmission at 1200/600 bit/б over HF
circuits when using multi-channel voice-frequency telegraph systems and
frequency-shift keying. Xllth Plenarv Assembly, New Delhi, 1970, Vol. Ill,
Genf: ITU 1970.
4.13 Porter, (J. C; Gray, M. В.; Perkett, С. Е.: Data of twice the epeed eases HF
traffic jam. Electronics 40 (1967) H. 20, S. 115—120.
4.14 Porter, G. C: Error distribution and diversity performance of a frequency-
differential PSK HF modem. IEEE Trans. Commun. Technol. COM-16
(1968) 567-575.
4.15 Brennan, D. G.: Linear diversity combining techniques. Proc. IR E47 (1959%
1075-1102.
' 16 CCIR: Recommendation 342-2: Automatic error-correoting system fortele-
~, graph signals transmitting over radio circuits. Xllth Plenary Assembly,
New Delhi, 1970, Vol. Ill, Genf: ITU 1970.
4.17 CCITT: Recommendation S. 13: Use on radio circuite of 7-nnit synchronous
systems giving error correction by automatic repetition. Green Book, Vol.
VII, Genf: ITU 1973.
4.18 Hennig,F.: Funkfernschreiben mit selbsttatigcr Fehlerkorrektur. Nachr.-
techn. Z. 9 (1956) 341-348.
4.19 Draeger, R. J.; Ollinger, M.: Einkanalgerat ARQla fur gesicherte Fern-
schreib- und Datenilbertragung. Siemens-Z. 41 (1967) 426—431.
4.20 Wild, A: MKS4000, ein Magnetkernspeicher fur Fernschreib- und Daten-
netze. Siemens-Z. 41 (1967) 566—571.
4.21 CCITT: Recommendation S. 12: Conditions which must be satisfied by
synchronous systems operating in connection with start-stop teleprinter
systems. Green Book, Vol. VII, Genf: ITU 1973.
4.22 Paetsch, W.; Vogt, W.: ELMUX 1000, ein neues ARQ-Multiplexsystem fur
Funkfernschreiben. Siemens-Z. 45 (1971) 123—129.
4:23 da Silva, H.; Goldstern, E.; Kok, J. A.: Simplex TOR STB 75. Philips Tele-
commnn. Rev. 30 (1971) 1, S. 1 — 14.
4.24 Kohlenberg, A.; Forney, G. D.: Convolutional coding for channels with
memory. IEEE Trans. Inform. Theory 14 (1968) 618—626.
4.25 Massey, J.: Threshold Decoding. Cambridge, Mass.: M. I. T. Press 1963.
4.26 Markwitz, W.; Xiethammer, D.: Vorwartsfehlerkorrektur-System FEC 100
-j fiir Fernschreib- und Datenilbertragung. Siemens-Z. 48 (1974) 136—139.
К главе 5
5.1 Schonhammer, К.; Voss, H. H.: Fernschreibubertragungstechnik. Munchen,
Wien: Oldenbourg 1966, S. 143 — 159.
5.2 Pippart, W.: Datenilbertragung — Datenfernverarbeitung, Teilband II,
Dateniibertragungstechnik. Hamburg, Berlin: R. v. Decker's Verlag
G. Schenck 1971.
5.3 CCITT: Recommendation R. 4: Method for the separate measurements ot
the degrees of various types of telegraph distortion. Green Book, Vol. VII,
Genf: ITU 1973.
5.4 CCITT: Recommendation R. 11: Calculation of the degree of distortion of a
telegraph circuit in terms of the degrees of distortion of the component
sections. Green Book, Vol. VII, Genf: ITU 1973.
5.5 Bodart, R.: Telegraph distortion introduced by TDM systems! Philips Tele-
commun. Rev. 30 (1972) 173-181.
5.6 KiipfmuIIer, K.: Die Systemtheorie der elektrischen Nachrichtenubertragung.
Stuttgart: Hirzcl 1968.
5.7 Wirk, A.; Thilo, H. (J.: Niederfrequenz- und Mittelfrequenz-Mefltechnik.
Stuttgart: ,S. Hirzcl 1956.
5.8 Bidlingmaicr, M.; Haag, A.; Ki'ihnemann,K.: Einheiten, Grundbegriffe,
MeBverfahrcn der Xaehrichten-Ubertragungstechnik. Berlin, Munchen:
Siemens AG 1969.
5.9 Bauernfeind. K.; Ressner, K.: Frequenzanalysen mit dem selektiven Pegel-
niesser I>2040 im Bereich von 30 Hz bis 60 kHz. Siemens-Z. 45 (1971) 655 bis
657.
5.10 Buchta, К.; Xiederedcr, M.: Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der
-v MeBgerate fur die Nachrichtentechnik. Siemens-Z. 45(1971) Beiheft „Nach-
richteii-t)bertragungstechnik"204—209.
5.11 Beck, J.; Finfera, VV.: Ein Digital-Pegelmesser fur automatisehe Pegel- und
Regeldifferenzmessungen. Siemens-Z. 43 (1969) 522—525.
5.12 Daum, H.; Hartniann, H.: К 2001, ein NF-Pegelbildgeriit mit erhohter MeB-
genauigkeit bei vereinfaehter Bcdienung. Siemene-Z. 47 (1973) 210—113.
5.13 Nyquist, H.; Brand, S.: Measurement of phase distortion. Bell Syst. Tech.
J. 7 (1930) 522-549.
5.14 CCITT: Recommendation O. 81: Specification for a group delay measuring
set for audio circuits. Green Book, Vol. IV. 1, Genf: ITU 1973.
5.15 Hoffmann, G.: Zum Problem der Gruppenlaufzeit-Verzerrungsmessung an
Datenubertragungssystemen. Intemat. Elektron. Rdsch. (1968) 229—232.
5.16 Anderson, Т. С: The PAR-Meter. IEEE Intemat. Conv. Rec. 1964, S. 155 bis 165.
5.17 Cochran, W. T»i: Measuring Waveform distortion with a PAR-Meter. Bell
Labor. Rec. (1965) 369-371.
5.18 Fennick, J. H.: The PAR-Meter: Applications in tele-communications
systems. IEEE Trans. Commun. Technol. COM 18 (1970) 68-73.
5.19 Campell, L. W.: The PAR-Meter: Characteristics of a new voiceband rating
system. IEEE Trans. Commun. Technol. COM 18 (1970) 147-153. ,
5.20 Henderson, G.: Testing voiceband circuits for data transmission. Marconi >
Instrum. 12, ST 141-143. !
5.21 DIN45405: Gerauscli- und Fremdspannungsmesser fur elektroakustische ,
Breitbandubertragimg. Juli 1967.
5.22 CCITT: Recommendation P. 53: Psophometers (apparatus for the objective
measurement of circuit noise). Green Book, Vol. V, Genf: ITU 1973.
5.23 Manfreda, A.; Rossner, K.: Gerauschspannungsmesser fiir Femsprechen und
Toniibertragung. Siemens-Z. 42 (1968) 570-573.
5.24 CCITT: Recommendation V. 55: Impulsive noise measuring instrument for
data transmission. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
.5.25 BliiC. G.;Ritter, N.:St6rimpulszahIerzumBewertenvonDateni'ibertragungs-
wegen. Siemens-Z. 42 (1968) 292-294.
.5.26 CCITT: Recommendation O. CI: Essential clauses for a simple instrument to 1
measure interruptions on telephone circuits. Green Book, Vol. IV. 1, Genf:
ITU 1973. '
5-2.7 CCJTT: Recommendation O. 62: Essential clauses for a sophisticated
instrument to measure interruptions on telephone circuits. Green Book, Vol. IV. 1,
Genf: ITU 1973.
5.28 Sclicrenzel, H.: Mcssen unci Rogistrieren kurzzeitiger Uuterbrechungen ira
Fernleitungsnctz. Fernmeldcprax. 47 (1970) 487—499.
5.29 .Krietemeyer, H.: Messeu kui'zzcitigerlVgelanderungen an den TF-Kanalen.
Fernmeldeprax. 48 (1971) 747—750.
5.30 CCITT: Recommendation 0.91: Essential clauses for an instrument to
measure phase jitter on telephone circuits. Green Book, Vol. VI. 1, Genf:
ITU 1973.
5.31 ITU: 31.02 (Telegraph) Signal element; 31.20 Significant condition of a
(telegraph) modulation: 31.22 Significant interval; 31.24 Significant instants.
List of Definitions of Esscntiul Telecommunication Terms, Part 1, Genf: ITU 1961.
5.32 CCITT: Recommendation V. 1: Equivalence between binary notation
symbols .iikI (ho significant conditions of a two-condition 1ЧХ1.. (w„ K™t-
Vol. VIII, Ccnf: ITU 1973. ' '
5-33 ITU: 33.04 Telegraph distortion. List of Definitions of Esaential
Telecommunication Terms, Port 1, Onf: 1TI* ИМЯ.
5.34 ITU: 33.0(1 Degree of individual distortion of ;i particnliirmgnifjcant instant
List of Definitions of Essential Telecommunication Terms,Part 1 (;enf- ITT'
1961.
5.35 ITU: 33.07 Degree of isochronous distort ion; 33.08 Degree of start-stop
distortion. List of Definitions of Essential Telecommunication Terms, Part 1
Onf: ITU 1961.
5.36 ITU: 33.1!) Error rate of a telegraph, communication. List of Definitions of
Essential Telecommunication Terms, Part 1, Genf: ITU 1961.
5.37 CCITT: Recommendation V- 51: Organization of the maintenance of
international telephone type circuits used for data transmission, Green Book,
Vol. VIU. Onf: ITU 1973.
5.38 CCTTT: Recommendation V. 52: Characteristics of distortion and error-rate
measuring apparatus for data transmission, (.'icon Hook. Vol. VIII, Genf:
ITU 1973.
5.39 Tictzc, U.; .Sclicnk, Ch.: Halblcitcr-Sclmltiiiigstcchnik. Berlin, Heidelberg,
Xew York: Springer 1971.
5.40 CCITT: Recommendation V. 57: Comprehensive data test set for high data
signalling rates. Green Book, Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
5.4 i CCTTT: Recommendation R. 51: Determination of the standardized text for
distortion test of the elements of a complete circuit. Green Book, Vol. VII,
Genf: ITU 1973.
5.42 CCITT: Recommendation R.52: Standardization of an international text
for the measurement of the margin of start-stop apparatus. Green Book, Vol.
VII, Genf: VVV П173.
5.43 CCITT: Recommendation X". 33: Standardization of an international text
for the measurement of the margin of start-slop machines in accordance with
International Alphabet Xo. .к Green Hook, Vol. Ill, Genf: ITU 1973.
5-44 Chaillic, Ch.; Schenk, E.: Telegrafie-Verzerrungsinesser fiir Fernschreib- und
Dateniibcrtragungssystemc. Siemens-Z. 42 (19(58) 289—291.
5-45 Chaillie, Ch.: Fcrnschreib-Senderniesser 2 H 3, ein neues MeCgerat fur die
l'Vrnschrcib- mid Datciitcchnik. Siemens-Z. 49 (1975) 220-223.
5.46 Bennett, \V. R.; Davcy, J. R,-. Data transmission. Xew York: McGraw-Hill
19C5, S. 284.
5.47 Wellhauscn. H. \V.; Martin, D.: Fehlerhaiifigkeitsmessimgen. Nachr.-techn.
Z. 24(1971)553-557,
5.48 Biiumiinn, If.; Aleicr, A.: MeBplatze in Fernschrcib-Wahlvcrmittlungen.
Siemens-Z. 42 (19G8) 52-58.
5.49 Zwickcr, G.; Schenk, E.: Zentralcr Pnifenipfanger fiir das Aiitomatisieren
des FernschreibnicBdienstes. Sicincns-Z. 40 (1966) 557—562.
5.50 Fielstelte, H.: Automatisehe Fernschreib-VerzcrrungemeCanlage 8 Kl beir"
Deutschen W'cttcrdicnst. Siemens-Z. 45 (1971) 563-567.
5.51 CCITT: Recommendation V. 50 Standard limits for transmission quality of
data transmission. Green Book. Vol. VIII, Genf: ITU 1973.
5.52 CCITT: Recommendation V. 53: Limits for the maintenance of international
telephone-type circuits used for data transmission. Green Book, Vol. VIII,
■ Onf: ITU 1973.
247
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ
1. Автоматические системы коммутации/Под ред. О. Н. Ивановой. М.: Связь,
1978.
2. Былянски П., Ингрем Д. Цифровые системы передачи: Пер. с англ./Под ред.
А. А. Визеля. М.: Связь, 1980.
3. ГОСТ 14422—72. Системы передачи данных.
4. ГОСТ 17657—72,- Аппаратура передачи данных. Термины и определения.
5. ГОСТ 18145—72. Системы передачи данных. Цепи и параметры обмена на
стыке С2 при последовательном вводе—выводе дискретной информации.
6. ГОСТ 18146—72. Системы передачи данных. Цепи и параметры обмена на
стыке СЗ при параллельном вводе—выводе дискретной информации.
7. ГОСТ 19692—74. Системы и приборы связи коммутационные. Термины и
определения.
8. ГОСТ 21835—76. Устройства управления коммутационной техники связи.
Термины и определения.
9. ГОСТ 22348—77. Единая автоматизированная сеть связи. Термины и
определения.
10. ГОСТ 22515—77. Связь телеграфная. Термины и определения.
11. ГОСТ 22670—77. Сеть связи цифровая интегральная. Термины и
определения.
12. Давыдов Г. Б., Рогинский В. Н., Толчан А. Я. Сети электросвязи. М.: Связь,
1977.
13. Емельянов Г. А., Шварцман В. О. Передача дискретной информации и
основы телеграфии. М.: Связь, 1973.
14. Етрухин Н. Н., Осипов В. Г. Рекомендации МККТТ по специализированным
сетям передачи данных. — Электросвязь, 1978, № 6, с. 74—80.
15. Жарков М. А. О работах, проводимых в рамках Х'1 исследовательской
комиссии МККТТ. — Электросвязь, 1979, № 2, с. 58—59.
16. Каналы передачи данных/Под ред. В. О. Шварцмана. М.: Связь, 1970.
17. Кловский Д. Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. М.:
Связь, 1969.
18. Кловский Д. Д., Николаев Б. И. Инженерная реализация радиотехнических
схем (в системах передачи дискретных сообщений в условиях
межсимвольной интерференции). М.: Связь, 1975.
19. Кушнир Ф. В., Савенко В. Г., Верник С. М. Измерения в технике связи. М.:
Связь, 1976.
20. Лебедской-Тамбиев С. Г., Никольский К. К. VI Пленарная ассамблея
МККТТ. — Электросвязь, 1977, № 4, с. 74—77.
21. Малиновский С. Т. Сети и системы передачи дискретной информации и АСУ.
М.: Связь, 1979.
22. Международные стандарты ИСО. Указатель 1979. М.: Изд-во стандартов,
1979.
23. Окунев Ю. Б. Теория фазоразностиой модуляции. М.: Связь, 1979.
24. Осипов В. Г., Етрухин Н. Н. Передача данных по каналам телефонного типа.
Рекомендации МККТТ. — Электросвязь, 1979, № 1, с. 17—22.
25. Сети ЭВМ/Под ред. В. М. Глушкова. М.: Связь, '1977.
248
26. Соловьев Н. Н. Измерительная техника в проводной связи. Ч. III.
Измерения параметров, характеризующих искажения сигналов связи. М.: Связь,
1971.
27. Соловьев Н. Н. Измерительная техника в проводной связи. Ч. IV. Измерения
параметров линий, каналов и трактов. М.: Связь, 1974.
28. Тамм Ю. А. Адаптивная коррекция сигнала ПД. М: Связь, 1978.
29. Тамм Ю. А. Особенности устройств преобразования сигналов аппаратуры
передачи данных. — Электросвязь, 1978, № 6, с. 50—54.
30. Теория передачи сигналов/Зюко А. Г., Кловский Д. Д., Назаров М. В.,
Финк Л. М. М.: Связь, 1980.
31. Устройства преобразования сигналов передачи данных/Данилов Б. С, Сту-
калов С. В., Тамм Ю. А., Штейнбок М. Г. М.: Связь, 1979.
32. Финк Л. М. Сигналы, помехи, ошибки... (Заметки о некоторых
неожиданностях, заблуждениях и парадоксах в теории связи). М.: Связь, 1978.
33. Цифровые системы передачи: Пер. с польск./В. Маевский, Ф. Блоцкий,
А. Новак и др./Под ред. В. Маевского и Е. Милка. М.: Связь, 1979.
34. Шварцман В. О. Технический прогресс в области передачи данных. —
Электросвязь, 1978, № 6, с. 10—19.
35. Шварцман В. О., Емельянов Г. А. Теория передачи дискретной информации.
М.: Связь, 1979.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие к русскому изданию . 5
Предисловие к первому изданию . . .6
Предисловие ко второму изданию ... 7
1. Аппаратура передачи данных . S
1.1. Стык между аппаратурой передачи данных у абонента и оконечным
оборудованием данных . 10
1.1.1. Абонентские стыки АПД, применяемой в телефонных сетях 12
1.1.1.1. Установление соединения в телефонной сети ... 14
1.1.1.2. Установление соединительного тракта передачи данных . 16
1.1.1.3. Синхронный режим . . 17
1.1.1.4. Дуплексный режим ... 17
1.1.1.5. Полудуплексный режим ". . 18
1.1.1.6. Работа с* вспомогательным каналом . . 19
1.1.1.7. Разъединение соединительного тракта 20
1.1.2. Абонентский стык аппаратуры передачи данных, предназначенной
для сети Телекс 20
1.1.3. Абонентские стыки АПД для сетей передачи данных . 21
1.1.3.1. Стык приборов подключения для стартстопных режимов
работы в сетях передачи данных 2?
1.1.3.2. Стык приборов подключения для синхронных режимов работы
в сетях передачи данных 24
1.1.4. Электрические характеристики цепей стыков . . 26
1.2. Аппаратура передачи данных по коммутируемым телефонным сетям 29
1.2.1. Модемы для последовательной передачи данных . 33
1.2.1.1. Модем на 200 бит/с . . 33
1.2.1.2. Модем на 1200/600 бит/с . 41
1.2.1.3. Модем на 2400/1200 бит/с . 45
1.2.1.4. Модем на 4800/2400 бит/с 53
1.2.2. Модемы для параллельной передачи данных 57
1.2.2.1. Модемы для универсального применения в коммутируемых
телефонных сетях 57
1.2.2.2. Устройства передачи данных с помощью частот кнопочного
набора номера 62
1.2.3. Устройства автоматического вызова для систем передачи данных
по телефонным сетям 64
1.3. Аппаратура передачи данных для некоммутируемых каналов и трактов 65
1.3.1. Модемы для работы по низкочастотным и пупинпзнрованным
кабельным линиям 67
1.3.1.1. Модемы для работы по низкочастотным и пупииизированпым
кабелям со скоростями до 9600 бит/с 70
1.3.1.2. Модем для работы по низкочастотным кабелям со скоростями
более 9600 бит/с . . .75
1.3.2. Модемы для каналов тональной частоты . . 76
1.3.2.1. Модемы на 4800 бит/с . . 76
1.3.2.2. Модем на 9600 бит/с .... 78
1.3.3. Модемы для широкополосных каналов . 80
1.4. Аппаратура передачи данных, применяемая в сетях передачи данных 81
1.4.1. Аппаратура передачи данных по абонентским линиям . . 83
1.4.1.1. Подключение к сети стартстопных оконечных установок ... 83
1.4.1.2. Подключение к сети оконечных установок, работающих в
синхронном режиме со скоростями до 9600 бит/с . 85
1.4.1.3. Подключение к сети оконечных установок, работающих в
синхронном, режиме со скоростью 48 кбит/с 89
1.4.2. Каналообразующая аппаратура 89
1.4.2.1. Принципы построения многоканальных систем . . . 90
1.4.2.2. Системы передачи с частотным разделением каналов 91
1.4.2.3. Системы передачи с временным разделением каналов ... 94
1.4.2.4. Аппаратура для передачи групповых потоков битов в системах
с временным разделением каналов . . .105
2. Коммутационное оборудование систем передачи данных 106
2.1. Коммутационное оборудование узлов сети 107
2.1.1. Оборудование коммутируемых узлов . .107
2.1.1.1. Оборудование коммутации каналов . . ПО
2.1.1.2. Концентраторы с коммутацией каналов . . 118
2.1.1.3. Оборудование коммутации сообщений . . 122
2.1.1.4. Концентраторы с коммутацией сообщений . . 125
2.1.2. Оборудование иекоммутируемых узлов сети . . 125
2.1.2.1. Стыковый распределитель . 126
2.1.2.2. Разветвнтель линий . . . 127
2.2. Коммутационное оборудование оконечных установок передачи данных 128
2.2.1. Вызывные приборы 128
2.2.1.1. Вызывные приборы со стыком по Рекомендации МККТТ V.24 128
2.2.1.2. Вызывные приборы систем передачи данных, работающих по
сети Телекс . . ... .129
2.2.2. Приборы подключения . .130
2.2.2.1. Приборы подключения со стыком, соответствующим
Рекомендации МККТТ Х.20 130
2.2.2.2. Приборы подключения со стыком, соответствующим
Рекомендации МККТТ Х.21 130
3. Сети передачи данных . 131
3.1. Обзор . . .131
3.1.1. Требования к сетям передачи данных ... . 131
3.1.2. Сети связи, используемые для передачи данных . . 133
3.2. Характеристики сетей передачи данных общего пользования . 136
3.2.1. Классы обслуживания абонентов 137
3.2.1.1. Классы обслуживания абонентов со стартстопным оконечным
оборудованием данных . 137
3.2.1.2. Классы обслуживания абонентов с синхронным оконечным
оборудованием данных .... 138
3.2.1.3. Классы обслуживания абонентов с пакетным оконечным
оборудованием данных . 139
3.2.2. Сетевые параметры . . . . . 139
3.2.2.1. Параметры сетей с коммутацией каналов . 139
3.2.2.2. Параметры сетей с пакетной коммутацией 142
3.2.3. Услуги, предоставляемые абонентам . 143
3.2.3.1. Услуги для абонентов сетей с коммутацией каналов 143
3.2.3.2. Услуги для абонентов сетей с пакетной коммутацией 145
3.3. Сети с коммутацией каналов ... . 146
3.3.1. Асинхронные сети с коммутацией каналов . . 147
3.3.1.1. Отличительные признаки асинхронных сетей 147
3.3.1.2. Системы передачи с ВРК в асинхронных сетях с коммутацией
каналов ... . 149
3.3.1.3. Оборудование временной коммутации каналов в асинхронных
сетях . 150
3.3.1.4. Структура асинхронной сети с коммутацией каналов . 150
3.3.1.5. Синхронизация оконечного оборудования данных . . . . 152
3.3.1.6. Независимость передачи от последовательности битов в
асинхронных сетях 152
Стр
3.3.2. Синхронные сети с коммутацией каналов
3.3.2.1. Отличительные признаки синхронных сетей с коммутацией
каналов
3.3.2.2. Системы передачи с временным разделением каналов в
синхронных сетях
3.3.2.3. Оборудование временной коммутации каналов синхронной сети
3.3.2.4. Структура синхронной сети с коммутацией каналов
3.3.2.5. Независимость передачи от последовательности битов в
синхронной сети с коммутацией каналов . . .
3.3.2.6. Обнаружение и локализация неисправностей
3.3.2.7. Синхронизация сети с коммутацией каналов
3.4. Сети с коммутацией сообщений
3.4.1. Сеть с коммутацией полных сообщений
3.4.2. Сеть с пакетной коммутацией ...
3.4.2.1. Отличительные признаки сети с пакетной коммутацией
3.4.2.2. Время ожидания в сети с пакетной коммутацией
3.5. Некоммутируемые сети . . .
3.5.1. Отличительные признаки и элементы некоммутируемой сети
3.5.2. Управление "передачей данных в некоммутируемой сети
3.6. Конфигурации сетей
3.6.1. Основные виды структур сетей
3.6.1.1. Полносвязная сеть
3.6.1.2. Звездообразная сеть .
3.6.1.3. Сеть с линейной структурой
3.6.1.4. Кольцевая сеть
3.6.2. Объединенная сеть .... ....
3.6.3. Сравнение и оценка структур сетей
4. Передача данных по коротковолновым радиоканалам
4.1. Основные области применения
4.2. Особенности коротковолновых радиоканалов и сетей связи
4.2.1. Среда распространения коротких волн
4.2.2. Системы радиосвязи
4.'2.3. Радиоканалы
4.3. Аппаратура передачи данных по радиоканалам ....
4.3.1. Аппаратура передачи с центральной несущей частотой
4.3.2. Аппаратура для одиополосной передачи
4.3.3. Повышение качества связи с помощью разнесенного приема
4.4. Методы защиты от ошибок . .
4.4.1. Применение кодов, обнаруживающих ошибки
4.4.1.1. Дуплексные системы АЗО
4.4.1.2. Симплексные системы АЗО
4.4.2. Методы защиты от ошибок с применением корректирующих кодов
5. Измерения в технике передачи данных
5.1. Введение
5.2. Методы и аппаратура для измерения характеристик каналов связи
5.2.1. Измерения уровня и затухания .
5.2.2. Измерения затухания и группового времени замедления
5.2.3. Измерения импульсных характеристик канала связи
5.2.4. Измерения помех .
5.2.4.1. Напряжение помех ....
5.2.4.2. Интенсивность импульсных помех
5.2.5. Измерения кратковременных перерывов .
5.2.6. Измерение фазового дрожания
5.3. Методы и аппаратура для измерения параметров сигналов
Стр.
5.3.1. Измеряемые величины . ... 208
5.3.1.1. Краевые искажения . 209
5.3.1.2. Коэффициент ошибок 211
5.3.2. Устройства для измерения краевых искажений и коэффициента
ошибок ... .212
5.3.2.1. Генераторы сигналов данных. . 212
5.3.2.2. Измеритель краевых искажений . . 213
5.3.2.3. Измерители укорочения элементов . 214
5.3.2.4. Измерители коэффициента ошибок . 215
.5.4. Централизованная измерительная аппаратура 215
ПРИЛОЖЕНИЕ. Международные и национальные соглашения и
стандарты в области передачи данных 217
Предварительные пояснения 217
1. Международные и национальные соглашения и стандарты,
упорядоченные по областям их применения . 218
1.1. Понятия . . 218
1.2. Кодирование, алфавиты 219
1.3. Способы управления . 219
1.4. Стыки между аппаратурой передачи данных и оконечным
оборудованием данных: общие положения 220
1.5. Передача данных по сети Телекс и телеграфным каналам 220
1.6. Передача данных по сетям данных общего пользования 221
1.7. Передача данных по телефонным каналам 222
1.8. Измерительная аппаратура . 225
1.9. Устройства защиты от ошибок . . 226
2. Международные и национальные соглашения и стандарты в области
передачи данных, упорядоченные по организациям-составителям 226
2.1. Международный союз электросвязи—МСЭ (ITU) . . . 226
2.2. Международная организация стандартизации — ИСО (ISO) . . 232
2.3. Европейская промышленная ассоциация по вычислительной
технике— ЕПАВТ (ЕСМА) 233
2.4. Институт стандартов ФРГ — ДИН (DIN) .... 234
2.5. Общество связи союза немецких электротехников — ОС СНЭ
(NTG VDE) . 235
2.6. Почтовое ведомство ФРГ (DBP) 235
Список литературы 238
Дополнительная литература на русском языке 248