Слаботочка Книги Передатчик основного ствола О Передатчик резервного ствола Приемник основного ствола Переключатель на резерв Приемник резервного ствола Рис. 6.29. Система резервирования типа l-fl при разносе по частоте Устройство контроля качества сигнала обратного переключения на определенный ствол на первом же восстановленном участке так, чтобы один резервный ствол на длинной трассе мог использоваться многократно. Разнос по частоте никак не облегчает проблему простоев из-за дождя, поскольку воздействию дождя подвергаются сразу все стволы в данном частотном диапазоне. Когда проблема затухания в дожде стоит особенно остро, ее можно разрешить, используя повышенные мощности передачи, укороченные пролеты или дублирующие стволы в диапазонах более низких частот. 6.4.4. Пространственное разнесение Пространственное разнесение реализуется, как показано на рис. 6.30, путем размещения на некотором расстоянии по вертикали двух приемных антенн, установленных на одной опоре. Результирующей разности двух путей, как правило, достаточно для по- Переключатель на резерв Передатчик Рис. 6.30. Система резервирования при пространственном разнесении лучения независимых замираний в двух антеннах. Пространственное разнесение представляет собой наиболее дорогое средство повышения готовности, особенно, если при каждой антенне используются отдельные приемники для множества стволов. Однако стоимость может быть минимизирована когерентным сложением двух принятых сигналов на входе общего усилителя [18]. При этом способе дублируется меньше оборудования, чем в том случае, когда для каждой антенны используются полностью отдельные приемники. 6.4.5. Адаптивная коррекция Поскольку эффекты многолучевости зависят от частоты, не на всех частотах в конкретном стволе одновременно наступают замирания в одной и той же степени. Поэтому замирания из-за многолучевости могут создавать не только общее затухание принимаемого сигнала, но и вносить нечто эквивалентное внутриполос-ным амплитудным (фазовым) искажениям. Амплитудные искажения в спектре вызывают ухудшение характеристики ошибок вдобавок к ухудшению из-за общего затухания сигнала. Доказано, что в широкополосных цифровых радиосистемах замирания на отдельных частотах (в отличие от замираний, вносящих равномерное затухание в полосе сигнала) являются основным источником простоев из-за многолучевости. К счастью, можно добиться лучших характеристик, если корректировать амплитуды в спектре (подстраивать их под одинаковый уровень). Поскольку характеристики замирания сигнала из-за многолучевости, обусловленной распространением радиоволн в атмосфере, меняются со временем, устранение амплитудных искажений, обусловленных многолучевостью, требует адаптивной коррекции. При наиболее общем подходе к адаптивной амплитудной коррекции просто измеряется энергия на определенных частотах в спектре принимаемого сигнала. Затем в тракт сигнала вводится компенсирующий четырехполюсник с такой характеристикой, чтобы подстроить все измеренные уровни энергии к общему уровню. Этот основной способ используется в цифровых радиосистемах, выпускаемых фирмами Bell Northern [18] и Rockwell International [19]. В [19] сообщается, что с помощью адаптивного корректора может быть достигнуто улучшение на 7 дБ. 6.4.6. Проектирование трассы При прокладке магистральной СВЧ радиорелейной трассы необходимо учитывать множество соображений, касающихся местности, преобладающих атмосферных условий, радиочастотных помех со стороны других систем и помех от одного пролета к другому в пределах одной системы. Длина пролета. Главным соображением при размещении одиночного пролета СВЧ системы является то, что требуется передача в пределах прямой видимости. При высоте антенны около 60 м кривизна Земли ограничивает дальность передачи расстоянием порядка 50 км. Большие расстояния в пределах прямой видимости возможны, если используются более высокие антенные опоры. Однако высоту опор ограничивают из практических соображений, особенно из-за того, что при больших расстояниях требуются антенны.большего размера и большей направленности. Если антенну смонтировать на крыше здания или на поверхности горы, ее механическая стабильность может и не являться проблемой, а ограничивающим фактором становится сама стабильность тракта. При некоторых атмосферных условиях радиоволны могут быть подвергнуты такому преломлению, что узкий луч полностью минует приемную антенну. Искривление пути распространения может также привести к периодически прерывающейся передаче, если промежуток между нормальным путем и близко расположенными физическими препятствиями недостаточно велик. В соответствии с этим всегда имеется практический предел того, насколько узким может быть луч. Характер местности также оказывает влияние на частость замираний вследствие многолучевости. Соседствующие водные поверхности вносят значительный вклад в создание условий многолучевости поздним вечером или ранним утром, когда сила ветра невелика. Прямая передача над водой обычно весьма затруднительна из-за отражений от водной поверхности. Передача над водой часто требует применения более высоко расположенных антенн и некоторых средств для предотвращения воздействия прямых отражений. Помехи в полосе ствола. Поскольку число стволов, доступных для магистральных СВЧ систем, ограничено, одни и те же стволы необходимо использовать многократно. Возможность повторного использования полос частот СВЧ диапазона увеличивается благодаря направленности антенн и общей необходимости в приеме в пределах прямой видимости. Однако во многих районах крупных городов трафик, собирающийся в одном конкретном районе, бывает столь большим, что полностью изолировать две системы, использующие один и тот же ствол, невозможно. Такой тип помех называют помехами на совпадающих частотах. Помехи на совпадающих частотах возникают из-за того, что трассы сходятся в одном месте, или из-за чрезмерно дальнего распространения сигнала из одного пролета в другой пролет той же системы, повторно использующей ствол. Иногда отражения или преломления в атмосфере могут привести к приему, минуя пролет, даже когда отсутствует прямая видимость. Такой прием обычно предотвращают посредством зигзагообразного расположения пролетов, так что луч от передатчика не попадает ни в одну из последующих приемных антенн на трассе. 6.4.7. Технические ограничения Выбор способа модуляции для цифровой СВЧ радиосистемы зависит не только от требуемой плотности передачи информации, 342 НО также и от доступных технических средств. Как уже упоминалось, усилители мощности в диапазоне СВЧ имеют ограничения по мощности и обычно существенно перегружаются при работе вблизи максимальных уровней. Весьма желательными являются по этой причине способы модуляции с постоянной-амплитудой. Когда выбирается способ модуляции с множеством амплитуд, такой как 16-КАМ, обычно требуется снизить уровень сигнала в усилителе мощности, чтобы получить более линейную характеристику. Таким образом, в системах с множеством амплитуд вместо общей выходной мощности эффективно используются средняя и пиковая мощности. Другим важным свойством усилителей мощности СВЧ, которое необходимо учитывать, является изменение задержки в усилителе при изменении амплитуды сигнала. В СВЧ усилителях время задержки обычно уменьшается с увеличением амплитуды усиливаемого сигнала. С точки зрения модуляции изменение времени задержки означает появление фазовых сдвигов, зависящих от амплитуды. Поэтому данное явление называют преобразованием амплитудной модуляции в фазовую. Другими факторами, оказывающими сильное влияние на выбор способа модуляции, являются линейность и скорость работы модуляторов, требования к фильтрам и корректорам, средняя и пиковая мощности, восстановление колебаний несущей и тактовой частот и чувствительность ко всем видам шумов и помех. ЗАДАЧИ 6.1. Для предотвращения передачи линейчатого спектра в оконечных устройствах цифровых радиосистем используются скремблеры цифрового сигнала, которые рандомизируют последовательности цифрового сигнала. Кроме того, для правильного приема цифрового сигнала обычно требуется относительное преобразование. Обе операции приводят к размножению ошибок. Если суммарный эффект этих операций приводит после обратного преобразования к появлению в среднем пяти ошибок на каждую ошибку в канале, то какому эффективному снижению передаваемой мощности это соответствуетя системы типа 4-ФМ при коэффициенте ошибок, равном 10 , а также 10 ? 6.2. Если приемник цифровой радиосистемы подвержен воздействию теплового шума, вызывающего ошибки с частостью 1 ошибка на 10 битов, то каково будет новое значение коэффициента ошибок, если длина тракта уменьшена с 48 до 40 км? 6.3. Выведите выражение (6.18). 6.4. Какова минимальная теоретическая ширина пол1х;ы для сигнала с 8-ФМ, передаваемого со скоростью 4800 бит/с? 6.5. Семейство сигналов при модуляции типа 32-КАМ образуется за счет удаления точек, расположенных в углах пространства сигналов с 36-КАМ. Каково минимальное расстояние ошибок по отношению к пиковой мощности сигнала? Как сопоставить полученный ответ с расстоянием ошибок при передаче противоположных сигналов? (Ответ выразите в децибелах.) 6.6 Каково отношение пиковой мощности к средней для сигнала с 32-КАМ (см. задачу 6.5) в предположении о случайном характере цифрового сигнала? 6.7. Какова характеристика ошибок для сигнала с 32-КАМ (см. задачу 6.5) по сравнению с характеристикой ошибок для сигнала с 32-ФМ: а) в зависимости от средней мощности сигнала? б) в зависимскти от пиковой мощности сигнала? 6.8. Система передачи, в ко-орой используется модуляция типа 4-ФМ, имеет вероятность ошибок, равную 10 . Если тип модуляции изменен на 16-ФМ, чтобы сузить полосу передачи (скорость передачи цифрового сигнала не изменяется), то настолько нужно увеличить передаваемую мощность, чтобы получить ту же самую вероятность ошибок? 6.9. Решите снова задачу 6.8 в предположении, что ширина полосы осталась неизменной, а скорость передачи двоичных символов удвоилась. 6.10. Какова вероятность ошибок для идеального сигнала с 16-КАМ при отношении сигнала к гауссовскому шуму (ОСШ), равном 18 дБ? 6.11. Какова вероятность ошибок в задаче 6.10, если имеется помеха с уровнем, расположенным на 21 дБ ниже уровня принимаемого сигнала? (Предполагается, что воздействие помехи аналогично действию гауссовского шума с той же мощностью.) 6.12. Насколько необходимо увеличить мощность передачи в задаче 6.11, чтобы компенсировать влияние помехи? (Предполагается, что уровень помехи постоянен.) 6.13. Решите снова задачу 6.12, но предположите, что помеха увеличивается пропорционально мощности передачи. (Мощности сигналов в соседних каналах возрастают одновременно с увеличением мощности полезного сигнала). ГЛАВА 7 СИНХРОНИЗАЦИЯ СЕТИ, КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ В гл. 4 и 6 рассматривались некоторые требования к синхронизации систем передачи. Эти требования включают в себя: восстановление колебания несущей для когерентного приема модулированных сигналов, восстановление колебаний тактовой частоты для регенерации входного цифрового сигнала и выполнение операций вхождения в цикловый синхронизм для определения положения отдельных каналов в цикле с временным группообразованием. Каждая из этих функций присуща цифровым системам передачи и выполняются они больщей частью независимо от другого оборудования сети. Пример зависимости одной системы от другой отмечался для линий типа Т1. Цифровой сигнал источника в этих линиях должен обеспечивать минимальную плотность единиц для поддержания хронирования в линии передачи. В противоположность этому имеются и другие коды передачи, которые поддерживают тактовую синхронизацию независимо от цифрового сигнала источника. В этой главе рассматриваются более общие вопросы синхронизации, связанные с взаимодействием различного оборудования цифровой передачи и коммутации. Главным из них является координация работы оборудования синхронной передачи и коммутации. Когда отдельные комплекты синхронного оборудования соединяются для того, чтобы образовать сеть, появляется необходимость в реализации определенных процедур, при которых обеспечивается либо синхронизащя задающих генераторов друг с другом, либо такая совместная работа оборудования, когда каждая из подсистем имеет независимый задающий генератор. После рассмотрения тактовой синхронизации сети концепция синхронизации расширяется, охватывая аспекты управления сетью высокого уровня. Эти соображения включают в себя управление соединениями, маршрутизацию и управление потоками. 7.1. НЕСТАБИЛЬНОСТИ ХРОНИРУЮЩИХ СИШАЛОВ Все цифровые системы в своей основе требуют задающего генератора как средства хронирования внутренних и внешних операций. Операции, хронируемые от источника единственной частоты, не нуждаются в особенно стабильных источниках, поскольку все элементы, хронируемые совместно, испытывают однотипные изменения хронирующего колебания. Другая ситуация возникает, когда осуществляются переходы от одного синхронизируемого оборудования к другому (например, от передатчика к приемнику). Если даже задающий генератор приемного полукомплекта синхронизирован с генератором передающего полукомплекта на долгосрочной основе или при усреднении за длительный период времени, то при кратковременных изменениях в любом из задающих генераторов может быть нанесен серьезный ущерб целостности передаваемых цифровых сигналов. Поэтому, как правило, необходимо использовать в передатчике и приемнике генераторы частоты такой стабильности, какая целесообразна из экономических соображений. 7.1.1. Фазовые дрожания хронирующих колебаний Как бы ни были стабильны частоты генераторов на обоих концах цифровой линии передачи, из-за внешних электрических помех и изменения физических параметров линии передачи в сигнале на приеме неизбежно возникают определенные нестабильности. Результирующую нестабильность тактовой частоты линейного сигнала называют фазовыми дрожаниями хронирующих колебаний. Основными причинами фазовых дрожаний являются: 1) шум и помехи, воздействующие на цепь синхронизации в приемнике; 2) изменения длины тракта; 3) изменения скорости распространения; 4) доплеровские сдвиги от подвижных оконечных устройств; 5) нерегулярное поступление хронирующей информации. Шум и помехи. Для синхронизации задающих генераторов приемника и передатчика обычно используется цепь фазовой автоподстройки, как показано на рис. 7.1. Фазовый детектор непрерывно Входной Фазовый хронирующий детектор сигнал Фильтр Колебания тактовой частоты, полученные в приемнике (Напряжение, управляющее ГУН Рис. 7.1. Схема восстановления колебаний тактовой частоты с цепью фазовой автоподстройки 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 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [57] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
|