Сигналы электросвязи и их основные характеристики

Лекция № 2

Цель: Изучить основные характеристики передачи сигналов.

1.Уровни передачи электрических сигналов.

2.Диаграмма уровней.

3.Телефонные речевые сигналы.

Электрические сигналы количественно можно охарактеризовать мощностью, напряжением или током. Однако в технике электросвязи принято пользоваться логарифмическими характеристиками (уровнями передачи), что позволяет существенно упростить многие расчеты. Уровни передачи, вычисленные посредством десятичных логарифмов, называются децибелами (дБ).

Уровни передачи по мощности, напряжению и току определяются соответственно по формулам:

где Pх, Uх,Iх – величины мощности, напряжения и тока в рассматриваемой точке x;P₀U₀, I₀, – величины, принятые за исходные.

От логарифмических единиц (уровней в децибелах) легко перейти к абсолютным (мощности, напряжению, току) по формулам:

 

 

Если известны значения сопротивлений Z_x и Z₀, на которых выделяются мощности Px и P₀, то на основании известного соотношения: P =U²/Z = I²Z между уровнями передачи по мощности, напряжению и току могут быть найдены зависимости:

 

 

Очевидно, что при Z x = Z ₀=уровни Р_М= Р _Н= Р _Т.

Уровни передачи называются абсолютными, если за исходные величины мощности, напряжения и тока приняты соответственно P_о=1мВт, U₀=0,775В и I₀=1,29мА. Эти уровни обозначаются дБм, дБн и дБт соответственно. Указанные значения U_о и I_о получены в предположении, что P_о =1 мВт выделяется на сопротивлении Z₀=600 Ом.

При подаче на вход исправного и отрегулированного тракта синусоидального сигнала с абсолютным нулевым уровнем и частотой 800 Гц (если нет специальной оговорки), в точках тракта устанавливаются абсолютные уровни, которые называются измерительными. Измерительные уровни содержатся в техническом паспорте тракта и удобны при его проверке и настройке.

Уровни передачи называются относительными, если в качестве исходных величин принимают значения, U_Н= Р _Н=I _Н, установленные в начале тракта или в точке, принятой условно за начало. Тогда уровни вычисляют по формулам:

 

и обозначают дБом, дБон и дБот, соответственно. Эти уровни широко используют при измерениях передаточных характеристик трактов, поскольку их значения оказываются численно равными усилению по мощности, напряжению или току участка тракта от начала до данной точки. Очевидно, что отрицательные значения уровней при этом будут соответствовать не усилению, а затуханию данного участка. При нормировании величин сигналов и помех в каналах и трактах уровни передачи на различных участках канала связи определяют исходя из уровня некоторой контрольной точки (точки отсчета), называемой точкой нулевого относительного уровня по мощности (ТНОУ). Она располагается в точке, принятой условно за начало и обычно рассматривается как точка на передающем оконечном устройстве двухпроводной системы коммутации. Уровень Р_МО, определенный по отношению к ТНОУ, обозначается как дБм0.

При проектировании и эксплуатации систем связи необходимо знать величины уровней сигнала в различных точках тракта передачи. Чтобы охарактеризовать изменения энергии сигнала при передаче, пользуются диаграммой уровней – графиком, показывающим распределение измерительных уровней вдоль тракта передачи. В качестве примера на рис. 1.2 показана диаграмма уровней канала передачи, состоящего из усилителя передачиУс_ПЕР, трех участков линии связи l₁,l₂,l₃ , и , двух промежуточных усилителей Ус₁и Ус₂и усилителя приемаУс_пр.

 

На диаграмме отмечены характерные точки тракта: точка 1 –вход; точка 2 – выход канала; точки 3 – выходы оконечногоусилителя передающей станции и промежуточных усилителей;точки 4 – входы промежуточных и приемного усилителей.Уровни в точках 3 определяются усилением усилителей; уровни в точках 4 зависят от затухания участков линии. Минимально допустимый уровень в точках 4 определяется требуемымпревышением сигнала над помехой (защищенностью):

где P_си P_п- мощности сигнала и помехи, а и – соответствующие уровни.

Соотношение между уровнями на входе и выходе канала определяется его остаточным затуханием, которое равно разности между суммой всех затуханий на линиях передачи и суммой всех усилений усилителей, имеющихся в канале связи:

Телефонные речевые сигналы. Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Эти факторы определяют требования к телефонным каналам.Основными характеристиками телефонного сигнала являются следующие.

Коэффициент активности телефонного сообщения, т. е.отношение времени, в течение которого мощность сигнала навыходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени.Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25…0,35.

Мощность телефонного сигнала. Согласно даннымМККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии) средняя мощность телефонного сигнала вточке с нулевым относительным (измерительным) уровнем наинтервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигналаравна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал поступаютсигналы управления, набора номера, вызова и т. д. С учетомэтого среднюю мощность телефонного сигнала принимаютравной 32 мкВт, что соответствует уровню = –15 дБм0.

Динамический диапазон телефонного сигнала – десять десятичных логарифмов отношения максимальной мощности к минимальной (или разность между максимальным и минимальным уровнями сигнала):

 

Для телефонного сигнала D = 35…40 дБ.

Пик-фактор сигнала

 

который составляет Q =14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой пренебрежимо мала, равна2220 мкВт (+3,5дБмО).

Энергетический спектр речевого сигнала – область частот, вкоторой сосредоточена основная энергия сигнала (рис. 1.3).

 

 

где Π²(f)– спектральная плотность среднего квадрата звукового давления; Π₀– порог слышимости (минимальное звуковое давление, которое начинает ощущатьсячеловеком на частотах 600…800 Гц); Δf= 1 Гц.

Установлено, что качество речи получается удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300…3400 Гц.Эти частоты приняты МККТТ в качестве границ эффективногоспектра речи. При указанной полосе частот сохраняется удовлетворительная натуральность и разборчивость звучания.

Контрольные вопросы.

1.Назовите количественные характеристики электрических сигналов.

2.Как определяется динамический диапазон телефонного сигнала?

3.Вкаком случае пользуются диаграммой уровней?

4.Назовите основные характеристики телефонного сигнала.

5.Что является энергетическим спектром сигнала?

 

Литература.

1.Многоканальные системы передачи: учебник для вузов/Н.Н. Баева, В. Н. Гордиенко, С. А. Курицын и др. - М.: Радио и связь, 1996. с.12

2.Гитлиц М.В., Лев А.Ю. Теоретические основы многоканальной связи. М.: Радио и связь, 1985, с. 28

3.Ломовицкий В.В Михайлов А.И. Учебное пособие. Основы построения систем и сетей передачи информации. Горячая линия – Телеком, 2005. с.9

4.Крухмалев В.В. Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Горячая линия – Телеком, 2004. с.11

5.Зингеренко А.М., Баева Н.Н., Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи.- М.:Связь, 1980.- 3с.

6.Астраханцев Л.Н., Зингеренко А. М. Дальняя связь: Учеб.пособие для вузов/Л.Н.Астраханцев, А.М.Зингеренко, Б.К.Изаксон и др., М.: Связь, 1970. - 408 с.

7.Хромов Е.И. Основы построения аналоговых систем передачи. - Радио и связь, 1983, с.13