Построение двусторонних каналов тональной частоты

Каналы передачи, их классификация и основные характеристики

Каналом передачи называется совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сигналов электросвязи в определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между оконечными или промежуточными пунктами телекоммуникационных сетей.

Каналы передачи (далее просто «каналы») классифицируются:

- по методам передачи сигналов электросвязи различают аналоговые и цифровые каналы. Аналоговые каналы, в свою очередь, подразделяются на непрерывные и дискретные в зависимостиот изменения представляющего (информационного) параметра сигнала. Цифровые каналы делятся на каналы с использование импульсно-кодовой модуляции (ИКМ),каналы с использованием дифференциальной ИКМ и каналы на основе дельта-модуляции; каналы, в которых на одних участках используются аналоговые, а на других цифровые методы передачи сигналов, называются смешанными каналами передачи;

- в зависимости от скорости передачи и соответствия параметров каналов установленным нормам различают основной цифровой канал, первичный, вторичный, третичный, четверичный и пятеричный цифровые каналы;

- по виду среды распространения сигналов электросвязи различают: проводные каналы, организованные по кабельным и, реже, воздушным линиям связи, и каналы радиосвязи, организованные по радио, радиорелейным и спутниковым линиям связи.

Каналом электросвязи называется комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу первичных сигналов электросвязи от преобразователя сообщения в первичный сигнал до преобразователя первичного сигнала в сообщение.

Канал может характеризоваться тремя параметрами:

1) эффективно передаваемой полосой частот, которую канал способен пропустить с выполнением требований к качеству передачи сигналов;

2) временем, в течение которого канал предоставлен для передачи сигналов или сообщений;

3) динамическим диапазоном

,

где - максимальная неискаженная мощность, которая может быть передана по каналу; ‑ минимальная мощность сигнала, при которой обеспечивается необходимая защищенность от помех.

Произведение трех рассмотренных параметров канала называется его емкостью. Сигнал может быть передан по каналу, если его емкость не менее объема сигнала. Возможна деформация одного из параметров сигнала, позволяющих согласовать его объем с емкостью канала.

Канал характеризуется защищенностью

,

где ‑ мощность помех в канале.

Пропускная способность канала описывается выражением

,

где ‑ эффективно передаваемая полоса частот канала; ‑ средняя мощность передаваемого по каналу сигнала.

Остаточное затухание канала представляет собой алгебраическую сумму затуханий и усилений всех участков канала и измеряется на определенной для каждого канала измерительной частоте. В процессе эксплуатации остаточное затухание отклоняется от номинального под воздействием различных факторов.

Полоса частот канала, в пределах которой остаточное затухание отличается от номинального не более чем на некоторую величину , называется эффективно передаваемой полосой частот(ЭППЧ). В пределах ЭППЧ нормируются допустимые отклонения остаточного затухания от номинального значения. Наиболее распространенным способом нормирования является использование «шаблонов» допустимых отклонений остаточного затухания (см. рисунок). На рисунке приняты следующие обозначения: - частота, на которой определяется номинальное значение остаточного затухания; , ‑ нижняя и верхняя граничные частоты ЭППЧ; 1, 2 ‑ границы допустимых отклонений остаточного затухания; 3 – измеренная частотная зависимость остаточного затухания.

При передаче ряда сигналов большое влияние оказывает фазочастотная характеристика канала – зависимость фазового сдвига между выходным и входным сигналами от частоты. Поскольку непосредственное измерение фазового сдвига затруднено, для оценки фазовых искажений часто используется частотная характеристика группового времени прохождения

,

где ‑ ФЧХ.

На рисунке в качестве примера представлены ФЧХ (1) и групповое время прохождения (2) канала.

Частотные характеристики остаточного затухания, фазового сдвига или группового времени прохождения определяют линейные искажения, вносимые каналом передачи.

Для оценки линейных искажений на передаваемые сигналы используются спектральные либо временные представления сигналов. Временные характеристики канала – переходная и импульсная.

При передаче импульсных сигналов (телеграфных, передачи данных) или факсимильных и телевизионных сигналов, для правильного приема которых необходимо точное восстановление их формы, качество канала удобнее оценивать по временным характеристикам; при передаче телефонных сигналов и сигналов звукового вещания, для которых важно восстановить на приеме спектральную плотность передаваемого сигнала, качество канала удобнее оценивать по частотным характеристикам. Метод оценки по частотным характеристикам (спектральный метод) находит более широкое применение, так как проще определить характеристики каскадного соединения звеньев и провести измерения с заданной точностью.

В идеальном случае отсутствие линейных искажений в канале соответствует постоянной АЧХ и линейной ФЧХ (условия неискаженной передачи).

Зависимость мощности, напряжения, тока или их уровней на выходе канала от мощности, напряжения, тока или их уровней на входе канала называется амплитудной характеристикой (АХ).Под АХ канала понимается также зависимость остаточного затухания канала от уровня сигнала на его входе, измеренная при некоторой обусловленной постоянной частоте измерительного сигнала на входе канала.

Обычно АХ имеет три участка:

1) Нелинейный участок при малых значениях напряжения или уровней сигнала на входе канала; объясняющаяся соизмеримостью напряжения или уровня сигнала с шумами самого канала; обычно не влияет на качество передачи.

2) Линейный участок.

3) Участок с существенной нелинейностью при значениях входного напряжения (уровня) сигнала выше максимальных,для которых характерно появление нелинейных искажений. Нелинейные искажения проявляются в возникновении гармоник или комбинационных частот входного сигнала. По АХ можно лишь приблизительно оценить величину нелинейных искажений. Более точно величина нелинейных искажений в каналах оценивается коэффициентом нелинейных искаженийили затуханием нелинейности

или затуханием нелинейности

,

где ‑ действующее значение ‑ой гармоники сигнала. Кроме того, в технике многоканальных телекоммуникационных систем передачи широко используется понятие затухания нелинейности по гармоникам

,

где ‑ абсолютный уровень первой гармоники измерительного сигнала; ‑ абсолютный уровень ‑ой гармоники, обусловленной нелинейностью АХ канала.

Цифровые каналы характеризуются скоростью передачи, а качество передачи сигналов оценивается коэффициентом ошибки – отношением числа элементов цифрового сигнала, принятых с ошибками, к общему числу переданных элементов.

Каналы телекоммуникационных систем стремятся сделать универсальными, т.е. пригодными для передачи различного вида сообщений. Такими свойствами обладают типовые каналы, параметры и характеристики которых нормированы.

Канал тональной частоты - типовой аналоговый канал передачи с полосой частот 300..3400 Гц и с нормированными параметрами и характеристиками (КТЧ).

Нормированная (номинальная) величина относительного (измерительного) уровня на входе КТЧ равна , на выходе КТЧ . Частота измерительного сигнала принимается равной 1020 Гц (ранее 800 Гц). Таким образом, номинальное остаточное затухание КТЧ равно , т.е. КТЧ вносит усиление, равное 17 дБ.

Зарисовать диаграмму уровней сигнала в КТЧ (слайд 88).

Эффективно передаваемой полосой частот КТЧ (составного и максимальной протяженности) называется полоса, на крайних частотах которой (0,3 и 3,4 кГц) остаточное затухание на 8,7 дБ превышает величину остаточного затухания на частоте 1020 Гц (ранее 800 Гц).

На рисунке приведен шаблон, в пределах которого должна оставаться частотная характеристика отклонений остаточного затухания от номинального значения (-17дБ).

Фазочастотные искажения слабо влияют на качество передачи речевых сигналов. Однако, поскольку КТЧ также используется для передачи других первичных сигналов, значительные фазочастотные искажения или неравномерность частотной характеристики группового времени прохождения (ГВП) недопустимы. Поэтому нормируются отклонения ГВП от его значения на частоте 1900 Гц для простого канала длиной 2500 км.

, кГц	0,4	0,6	0,8	1,0	1,4	1,6	2,2	2,4	2,8	3,0	3,2	3,3
, мс	2,4	1,5	1,1	0,6	0,4	0,1	0,1	0,15	0,45	0,75	1,35	1,9

Для составных каналов отклонения ГВП будут во столько раз больше, сколько простых каналов организуют составной.

Амплитудная характеристика КТЧ нормируется следующим образом: остаточное затухание простого канала должно быть постоянным с точностью до 0,3 дБ при изменении уровня измерительного сигнала от -17,5 до +3,5 дБ в точке с нулевым измерительным уровнем на любой частоте в пределах ЭППЧ. Коэффициент нелинейных искажений для простого канала не должен превышать 1,5 % (1 % по 3-й гармонике) при номинальном уровне передачи на частоте 1020 Гц.

Нормирование касается и степени согласования входного и выходного сопротивлений КТЧ с сопротивлениями внешних нагрузок: внутренним сопротивлением источника передаваемых сигналов () и сопротивлением нагрузки (). Входное и выходное сопротивление КТЧ чисто активны и равны . Вход и выход канала должны быть симметричными. Коэффициенты отражения по входу и выходу

,

не должны превышать 10 %. Затухание несогласованности (отражения)

не должно превосходить 20 дБ.

Мощность, определяемая псофометрическим напряжением на некотором сопротивлении , называется псофометрической мощностью и равна

,

где ‑ псофометрический коэффициент; ‑ эффективное напряжение.

Средний уровень мощности помех с равномерным спектром при псофометрических измерениях в полосе частот 0,3...3,4 кГц на 2,5 дБ меньше, чем при измерениях действующих (эффективных) значений. Величина 2,5 дБ называется логарифмическим псофометрическим коэффициентом.

Псофометрическая мощность помех в точке с нулевым измерительным уровнем КТЧ максимальной протяженности, состоящего из максимального числа простых каналов, не должна превышать 50 000 пВт0 (пиковатт псофометрических в точке нулевого относительного уровня). Соответствующее значение эффективной (невзвешенной) допустимой мощности помех составляет 87 000 пВт0. Псофометрическая мощность помех простого канала длиной 2500 км не должна превышать 10 000 пВт0.

Нормируются также допустимые величины средней и пиковой мощности телефонных сигналов на входе КТЧ: в точке нулевого относительного уровня среднее значение мощности составляет 32 мкВт0, а пиковое – 2220 мкВт0.

Динамический диапазон КТЧ составляет 30..35 дБ.

Знание ширины полосы частот КТЧ, средней мощности передаваемого сигнала, значения невзвешенной мощности помех позволяет оценить его пропускную способность, которая оказывается приблизительно равной 25 кбит/с.

Помехи в КТЧ. Импульсная помеха представляет собой сравнительно короткий и мощный всплеск мешающего напряжения, который может вызвать нарушение передачи информации или ошибки. Амплитуда такой помехи соизмерима с амплитудой полезного сигнала, а время действия соизмеримо с длительностью единичного элемента сигнала дискретной информации.

Источниками помех могут быть:

линейные усилители систем передачи в режиме перегрузки;

плохие контакты электрических цепей;

переключение аппаратуры и другие работы, проводимые персоналом линейных и стационарных сооружений связи;

влияние грозовых разрядов, линий электропередачи, радиостанций и прочее.

Принято считать, что импульсные помехи вызывают до 20% всех ошибок при передаче дискретной информации по каналам ТЧ.

Кратковременные перерывы связи - это скачкообразное уменьшение уровня принимаемого сигнала ниже заданного значения, которое не может скомпенсировать система автоматического регулирования уровня в приемнике модема.

Этот вид мешающих воздействий может вызвать до 80-90% от общего количества ошибок.

Для КТЧ как аналоговых, так и цифровых систем передачи нормируется дрожание фазы (джиттер фазы) с частотой 20-300 Гц. Норма составляет не более 15 градусов. Джиттер - это изменение (дрожание) фазы несущих колебаний в каналах систем передачи с частотным разделением каналов, вызываемое естественной нестабильностью частоты и фазы задающих генераторов преобразовательного оборудования систем передачи, а также проникновением фона (гармоник) переменного тока с частотами 50, 100, 300 Гц в цепи питания этого оборудования.

Широкополосные каналы.

В широкополосных аналоговых каналах используется частотное разделение сигналов. КТЧ группируются в первичные (12 КТЧ), вторичные (60 КТЧ), третичные (300), четвертичные (900).

Правила организации широкополосных каналов аналоговых систем передачи (ЧРК): см. слайд 95.

Правила организации широкополосных каналов цифровых систем передачи: см. слайд 95.

Исходный КТЧ – это канал односторонней передачи.

Для организации двусторонней (дуплексной) связинеобходимо использование двух типовых односторонних (симплексных) каналов, объединив их в двустороннюю единую систему и сохранив при этом взаимную независимость односторонних каналов.

Исторически первой двусторонней системой телефонной связи была однополосная четырехпроводная система двусторонней связи. Такая схема организации двусторонней связи экономически и эксплуатационно нецелесообразна.

Для организации двусторонней связи по двухпроводным линиям требуется применение развязывающих устройств. При этом может быть получена однополосная двухпроводная схема двусторонней связи (слайд 102). Передача в обоих направлениях ведется в одной и той же полосе частот, а разделение направлений передачи осуществляется с помощью развязывающих устройств. Усилители – это четырехполюсники одностороннего направления передачи, поэтому требуются два усилителя, обеспечивающих усиление сигналов двух направлений передачи.

Двусторонняя связь при использовании двухпроводной линии может быть осуществлена с помощью двух полос частот – нижней и верхней. При этом в качестве развязывающего устройства используются так называемые направляющие фильтры – фильтры нижних и верхних частот, преобразующие исходные сигналы в полосу частот соответствующего направления тракта (слайд 102). Развязывающие устройства применяются здесь для сопряжения двухпроводной линии телефонной сети с четырехпроводным каналом. Частотные характеристики направляющих фильтров имеют вид:

Для транзитного соединения каналов необходимо выполнить следующие условия:

1) уровни на входах и выходах каналов согласовать так, чтобы при включении каналов в транзитные соединения уровни на входе и выходе каждого приемного участка не изменялись;

2) совпадение полос частот соединяемых каналов;

3) соединяемые каналы (группы) согласовать по входным сопротивлениям, чтобы избежать отражений, которые могут привести к искажениям характеристик.

Дата добавления: 2013-12-13