Уровни передачи

Электрические сигналы количественно можно характеризовать мощностью, напряжением и током. Однако в технике электросвязи принято пользоваться логарифмическими характеристиками (уровнями передачи), что позволяет существенно упростить многие расчеты. Соответственно различают уровни передачи по мощности, по напряжению и току. Уровни передачи, вычисленные посредством десятичных логарифмов, называются децибелами (дБ), а посредством натуральных – неперами (Нп). При этом 1Нп = 8,68 дБ. В настоящее время принято пользоваться децибелами.

Уровни передачи определяются следующим образом:

• по мощности:

(1)

• по напряжению:

(2)

• по току:

(3)

при этом Px, Ux, Ix - величина мощности, напряжения и тока в рассматриваемой точке х; Po, Uo, Io - величины, принятые за исходные.

Различают абсолютные, относительные и измерительные уровни.

Если Po=1мВт, Uo=0,775В, Io=1,26мА, то уровни называют абсолютными. Заметим, что указанные значения Po и Io получены в предположении, что Po = 1мВт выделяется на сопротивлении |Zo|=600 Ом. Если величины мощности, напряжения и тока в рассматриваемой точке равны исходным, т.е. Pх = 1мВт, Uх = 0,775 В, Iх = 1,26 мА, то уровни называют нулевыми абсолютными.

Если известны значения сопротивлений Zx и Zo, на которых выделяются мощности уровней передачи по мощности Px и Po,то на основании известного соотношения Р=U²/|Z|=I²|Z| между уровнями передачи по мощности, напряжению и току могут быть найдены зависимости:

(4)

(5)

где Zx, Zo - сопротивления, на которых выделяется мощность Рх, Ро, при этом если Zx = Zo, то рн = рм = рт.

Измерительным называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке, при условии, что в начале тракта включен измерительный генератор. Измерительным, называется генератор синусоидальных колебаний определенной частоты с внутренним сопротивлением 600 Ом и ЭДС равной 1,55 В. Измерительные уровни содержаться в техническом паспорте тракта и удобны при проверке и настройке последнего.

Иногда в качестве исходных величин принимают значения Pн, Uн, Iн, установленные в начале тракта или в точке, принятой условно за начало. Тогда вычисленные уровни называют относительными.

Первичные сигналы электросвязи и их основные характеристики

Сообщения, передаваемые по каналам связи, преобразуются передатчиком в непрерывные (аналоговые) или дискретные (прерывистые) электрические сигналы или сигналы электросвязи, в так называемые первичные сигналы. Первичные сигналы, соответствующие сообщениям различной природы, представляют собой случайные процессы. К первичным сигналам электросвязи относятся: телефонный (речевой) сигнал, сигнал звукового вещания, факсимильный сигнал, телевизионный сигнал, телеграфный сигнал и сигнал передачи данных.

Основным типовым каналом принят канал тональной частоты (ТЧ) с полосой частот 300...3400 Гц, что соответствует спектру частот телефонного (речевого) сигнала.

Первичные сигналы, соответствующие сообщениям различной природы, представляют собой случайные процессы. Основными характеристиками случайных процессов являются: средняя мощность, энергетический спектр, динамический диапазон, пик-фактор сигнала и количество информации.

Средняя мощность – это мощность которую развивает случайный а(t) сигнал на резисторе сопротивлением 1 Ом в момент времени t. Энергетический спектр сигнала – область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала.

Мгновенная мощность сигналов связи может принимать различные значения в весьма широких пределах. Чтобы охарактеризовать эти пределы, вводят понятия динамического диапазона и пик-фактора сигналов.

Динамический диапазон сигнала – десять десятичных логарифмов отношения максимальной мощности к минимальной.

D=10lg (P_max/P_min) (6)

Пик-фактором сигнала Q называется отношение его максимальной мощности к средней. В логарифмических единицах

Q=10lg(P_max/P_ср) (7)

В некоторых случаях динамический диапазон и пик-фактор определяют не в логарифмических, а в абсолютных единицах (в “разах”).

Весьма важным параметром сигнала является также количество информации I, переносимой им в единицу времени (информационная содержательность сигнала). Для цифрового сигнала

(8)

где F_T – тактовая частота сигнала, l – число разрешенных уровней.

Для аналогового сигнала

, (9)

где - коэффициент активности; F – эффективная ширина спектра; Р_с.ср – средняя мощность сигнала; Р_ш – мощность помехи.

Мы рассмотрим основные характеристики только телефонного сигнала.

Телефонный (речевой) сигнал. Так как телефонная связь должна быть двусторонняя, то получается, что каждый канал ТЧ состоит из двух каналов одностороннего действия, которые при передаче телефонных сигналов объединяются в один двусторонний канал, а при передаче других сигналов могут использоваться независимо друг от друга. Данный канал также позволяет передавать факсимильные, телеграфные сигналы и сигналы передачи данных со скоростью до 9600 Бод. Для передачи сигналов с более широким спектром, например для передачи сигналов вещания, высокоскоростной передачи данных, организуются широкополосные каналы путем объединения нескольких каналов ТЧ.

Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Основными характеристиками телефонного сигнала являются:

• мощность телефонного сигнала Р_тлф. Кроме речевых сигналов в канал поступают сигналы управления, набора номера, вызова и т.д. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, что соответствует р_ср= -15 дБ.
• динамический диапазон телефонного сигнала D=35…40 дБ.
• Речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50…100 до 8000…10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300…3400 Гц. Эти частоты приняты в качестве границ эффективного спектра речи.
• количество информации речевого сигнала рассчитаем по формуле (9); здесь F=3100 Гц – эффективная ширина спектра речи; Р_р.ср.=88 мкВт – средняя мощность речевого сигнала на активных интервалах; Р_ш – допустимая мощность шума (178000 пВт). При этих значениях I_р 8000 бит/с.

Контрольные вопросы

1. Что в технике электросвязи понимается под уровнями передачи?
2. В чем отличие абсолютного уровня передачи от относительного?
3. Как рассчитать уровень по напряжению, если известен уровень по току?
4. Чем отличаются децибелы от неперов?
5. Какие сигналы относятся к первичным сигналам электросвязи?
6. Назовите основные характеристики первичных сигналов.
7. Определите абсолютный уровень по напряжению, если абсолютный уровень по мощности, измеренный на сопротивлении Z_Х=1800 Ом, равен 5 дБ. (ответ: 9.77 дБ)