Лекция 1

Тема 1. Основные понятия и определения. Классификация систем электросвязи. Уровни передачи

Раздел 1.1. Основные понятия и определения

Развитие человеческой цивилизации - это непрерывное и динамичное развитие средств общения от личного до общественного, от примитивных с помощью жестов, мимики, наскальных рисунков, звуков и света и оптических семафоров до создания глобальных телекоммуникационных систем и сетей, обеспечивающих передачу, прием, обработку, распределение и хранение различной информации. Под информацией понимается совокупность сведений о событиях, явлениях, процессах, понятиях и фактах, предметах и лицах независимо от формы представления.

Телекоммуникационные системы – это комплекс технических средств, обеспечивающих электрическую связь - электросвязь определенного типа.

В приведенном определении есть ключевые слова “ cвязь ” и “ ’электросвязь ”.

Связь (communication) – обмен информацией или пересылка информации с помощью средств, функционирующих в соответствии с согласованными правилами (называемых в конкретных условиях протоколами).

Международная Конвенция по электросвязи определила “электросвязь” (Найроби, 1982 год) как “… передачу, получение и прием знаков, сигналов, письменного текста, изображений и звуков или сообщений любого рода по проводной, радио и оптической или другим электромагнитным системам …”.

В Основных положениях развития ВСС РФ “электросвязи” дается такое определение: электросвязь (telecommunication) – передача или прием знаков, сигналов, текстов, изображений, звуков по проводной, оптической или другим электромагнитным системам. Это определение может быть выражено в такой форме: электросвязь это передача и прием сообщений с помощью сигналов электросвязи по проводной, радио, оптической или другим средам распространения.

Вышеприведенные определения содержат слова: сообщение, сигнал, сигнал электросвязи.

Сообщение – форма представления информации для передачи ее от источника информации к потребителю. Применительно сфере телекоммуникаций сообщение это информация, передаваемая с помощью электромагнитных сигналов средствами электросвязи. Примеры сообщений: текст телеграммы, речь, музыка, фототелеграмма - факс, телевизионное изображение, данные на выходе вычислительной машины, команды в системах телеуправления и телеконтроля и др.

Сигнал – материальный носитель или физический процесс, отражающий (несущий) передаваемое сообщение. Классификация сигналов может быть самой разнообразной, но особый интерес представляют электрические сигналы, называемые сигналами электросвязи,и представляющими электрические напряжения или токи, изменение параметров которых во времени отражает передаваемое сообщение. К электрическим сигналам относятся: телефонные, телеграфные, факсимильные сигналы, сигналы передачи данных, сигналы телевизионного и звукового вещания, сигналы телеконтроля и телеуправления.

С понятием телекоммуникационные системы и тесно связано понятие телекоммуникационные сети или сети, представляющие совокупность пунктов, узлов и линий (каналов, трактов) их соединяющих.

Раздел 1.2. Классификация систем электросвязи

Телекоммуникационные системы и телекоммуникационные сети, взаимодействуя друг с другом, образуют систему электросвязи – комплекс технических средств, обеспечивающих электросвязь определенного вида.

Классификация систем электросвязи весьма разнообразна, но в основном определяется видами передаваемых сообщений, видами среды распространения электрических сигналов (рис. 1.1) и способами распределения информации: коммутируемые или некоммутируемые сети передачи сообщений.

Телекоммуникационные системы и сети, как отмечалось выше, представляют совокупность технических средств и осуществляют следующие операциипередачи сообщения от его источника до получателя:

- преобразование сообщения, поступающего от источника сообщения (ИС) в сигнал электросвязи;

- преобразование сигналов электросвязи в форму удобную для получателя сообщения (ПС);

- сопряжения сигналов электросвязи с каналами передачи и станциями коммутации (СК), установленными в оконечных пунктах (ОП) или узлах связи (УС).

Рис.1.1- Классификация систем электросвязи по видам передаваемых сообщений и среды распространения

Обобщенная структурная схема взаимодействия телекоммуникационных систем и сетей представлена на рис. 1.2, приняты следующие обозначения:

Рис. 1.2 - Взаимодействие телекоммуникационных систем и сетей

ИС – источник сообщения (информации);

ПР₁ – преобразователь сообщения в электрический сигнал, называемым первичным электрическим сигналом (в дальнейшем просто “ первичный сигнал ”;

СК – станция коммутации, представляющая совокупность коммутационной и управляющей аппаратуры, обеспечивающая установление различного вида соединений (местные, междугородные, международные, входящие, исходящие и транзитные) и реализующей определенный метод коммутации (коммутация каналов, коммутация сообщений или коммутация пакетов);

ПР₁ – преобразователь сообщения в первичный сигнал;

ОС₁ – оборудование сопряжения, осуществляющее преобразование первичных сигналов в линейные электрические сигналы, физические характеристики которых согласуются с параметрами передачи среды распространения (СР);

ОС^-1 – оборудование сопряжения, осуществляющее преобразование линейных электрических сигналов в исходные;

ПР^-1 – преобразователь первичного сигнала в сообщение и ПС – получатель сообщения.

Комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу первичного сигнала в определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между сетевыми станциями или сетевыми узлами называется каналом передачи.

Комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий преобразование первичных сигналов в линейные сигналы и их передачу по среде распространения называется системой передачи.

Линейные сигналы при прохождении по среде распространения испытывают затухание, подвергаются различного вида искажениям и помехам. Для устранения влияния этих факторов на качество передачи сигналов через определенные расстояния в зависимости от вида системы передачи устанавливаются усилители, регенераторы или ретрансляторы, которые вместе со средой распространения образуют линейный тракт системы передачи.

Раздел 1.3. Уровни передачи

Сигналы, используемые для передачи сообщений в системах электросвязи, представляют собой электрические напряжение или ток, изменяющиеся во времени. Характер изменений мгновенных значений напряжения или тока сигнала однозначно соответствует передаваемым сообщениям.

Значения напряжений (токов) сигналов и помех в различных точках каналов и трактов имеют величины от пиковольт (пикоампер) до десятков вольт (ампер) Мощности токов имеют величины от долей пиковатт до ватт, киловатт и даже мегаватт. Чтобы облегчить измерения и расчеты величин, значения которых изменяются в широком диапазоне и чтобы при сравнении результатов измерений или расчетов операции умножения и деления заменить соответственно сложением и вычитанием, вместо величин мощности, напряжения и тока, выраженных в ваттах, вольтах и амперах (или их долях), используют логарифмы отношения этих величин к одноименным величинам, принятым за отсчетные. Относительные величины, выраженные в логарифмической форме называют уровнями передачи. Уровни передачи, представляющие десятичные логарифмы отношения одноименных величин, называются децибелами (дБ), а уровни передачи, представляющие натуральные логарифмы отношения одноименных величин, называются неперами (Нп). В технике телекоммуникационных систем в основном принято пользоваться децибелами.

Уровни передачи по мощности, напряжению и току определяются следующими формулами соответственно:

р_м=10lg(W_х/W₀);

р_н=20lg(U_х/U₀);

р_т=20lg(I_х/I₀).

В этих формулах W_х, U_х, I_х— величины кажущейся мощности, напряжения или тока в рассматриваемой точке, а W₀, U₀ и I₀ — величины, принятые за исходные при определении уровней передачи. Уровни называются абсолютными, если за исходное приняты следующие величины: кажущаяся мощность W₀=1 мВт; дей­ствующее напряжение U₀=0,775 В; действующий ток I₀=1,29 мА.

В общем случае численные значения уровней передачи по мощности, напряжению и току не совладают. Однако между ними легко установить взаимозависимость, если известны сопротивления Z_х и Z₀, на которых выделяются мощности W_х и W ₀. Действительно:

р_м =101g= 10lg=201g -101g.

Откуда:

р_м=р_н-101g.

Аналогично получим:

р_м=р_т+101g.

Если абсолютные уровни определяются при сопротивлении Z=600 Ом, то р_м=р_н=р_т. Это объясняется выбором исходных величин: U₀=0,775 В; I₀=1,29 мА; W₀=1 мВт и Z₀=0,775 В/1,29 мА=600 Ом.

Уровни передачи называются относительными, если величины W₀, U₀ , I ₀ соответствуют значениям мощности, напряжения и тока в точке цепи, принятой за отсчетную (начало, вход цепи). Легко показать, что относительный уровень сигнала равен разности абсолютных уровней в данной точке цепи (р_х) и в точке, принятой за начало (р₀). Так, для уровня по мощности имеем:

р_м.отн =101g(W_х/W₀) =10lg (W_х/1 мВт) - 10 lg (W₀/1 мВт) = р_мх-р_мо.

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

Р_х=W₀´10^0,1рм;

U_х=U₀´10^0,05рн;

I_х=I₀´10^0,05рт.

При передаче сигналов по каналам связи имеют место потери энергии в пассивных четырехполюсниках или ее увеличение в активных четырехполюсниках. Чтобы охарактеризовать изменение энергии сигнала в различных четырехполюсниках, образующих каналы связи, вводится понятие рабочего затухания и рабочего усиления.

Рабочее затухание измеряется в децибелах и определяется по формуле:

a_p=10lg(W_г/W₂)= 10lg(W_вх/W_вых),

где W_г—кажущаяся мощность, которую отдал бы источник сигнала согласованной с ним нагрузке, W₂ — кажущаяся мощность, выделяющаяся в нагрузке четырехполюсника в реальных условиях включения. При таком определении учитывается возможная несогласованность на входе и выходе четырехполюсника. Рабочее усиление определяется выражением:

S_p=10lg(W₂/W_г)= 10lg(W_вых/W_вх)

Очень важным является понятие измерительного уровня. По определению МККТТ измерительным уровнем называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке системы (канала), если в начале этой системы (на входе канала) включен нормальный генератор. Нормальным называется генератор с ЭДС, равной 2´775 мВ, и внутренним активным сопротивлением, равным 600 Ом. Частота тока нормального генератора может быть любой, однако, на практике, если нет специальной оговорки, частоту считают равной 800 Гц. Если входное сопротивление канала активно и равно 600 Ом, то при подключении нормального гене­ратора на входе канала оказывается абсолютный нулевой уровень мощности, тока и напряжения.

При проектировании и эксплуатации систем связи необходимо знать величины уровней сигнала в различных точках тракта передачи. Чтобы охарактеризовать изменения энергии сигнала при его передаче, пользуются диаграммой уровней — графиком, показывающим распределение измерительных уровней вдоль тракта передачи.

Рис. 1.3 - Диаграмма уровней

На рис. 1.3 показана диаграмма уровней канала передачи, состоящего из усилителя передачи УС_пер, трех участков линии связи l₁, l₂ и l₃, двух промежуточных усилителей Ус₁ и Ус₂ и усилителя приема УC_пр. На диаграмме отмечены характерные точки тракта: точка 1—вход; точка 2 — выход канала; точки 3 — выходы оконечного усилителя передающей станции и промежуточных усилителей; точки 4 — входы промежуточных и оконечно-приемного усилителей. Уровни в точках 3 определяются усилением усилителей; уровни в точках 4 зависят от затуханий участков линии. Минимально допустимый уровень в точках 4 определяется требуемым превышением сигнала над помехой (защищенностью):

А_з=10lg(W_С/W_п)=р_с- р_п,

где W_с и W_п — мощности сигнала и помехи, а р_с и р_п — соответствующие уровни.

Соотношение между уровнями на входе и выходе канала определяется его остаточным затуханием, которое представляет собой рабочее затухание, определенное в условиях замыкания входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузки, соответствующие номинальным значениям входного и выходного сопротивлений канала. Остаточное затухание равно разности между суммой всех рабочих затуханий, имеющихся в канале, и суммой всех рабочих усилений:

A_r= åa_р.i- åS_i

Для того чтобы обеспечить нормальную работу системы связи величины мощностей, напряжений и токов сигналов и соответствующих уровней нормируют; нормируют также допустимые уровни помехи. При этом приходится считаться с тем, что вследствие наличия затуханий и усилений, уровни сигналов и помех в различных точках канала будут различными. Чтобы избавиться от неопределенности, все нормируемые величины относят к точке тракта передачи с нулевым измерительным уровнем (ТНОУ). Уровни по мощно­сти, отнесенные к точке с нулевым измерительным уровнем, обозначают через дБм0.

Возможно также использование натуральных логарифмов; при этом логарифмические единицы называются неперами (Нп); р_м= 1/2 In(W_х/W₀), р_н=1n (U_x/U_y), I_т=1n (I_х/I₀). Очевидно, при таких определениях 1 Нп =8,686 дБ, а 1 дБ=0,115 Нп. На практике применяются только децибелы.

И в заключение отметим, что приборы для измерения уровней передачи называются указателями уровней и представляют собой обычные вольтметры, измерительная шкала которых и входные регуляторы отградуированы в уровнях мощности и напряжения.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое уровни по мощности, по напряжению и току и как они связаны между собой?

2. Что такое абсолютный, относительный и измерительный уровни по мощности, напряжению, току и как они связаны между собой?

3. Какой мощности, напряжению, току соответствует абсолютный уровень 0 дБ?

4. Как по диаграмме уровней определить помехозащищенность?

Дата добавления: 2014-10-17