1. Задачи, решаемые при использовании многоканальных систем передачи информации



страница1/5
Дата14.08.2018
Размер0.81 Mb.
  1   2   3   4   5

1. Задачи, решаемые при использовании многоканальных систем передачи информации.

Любая информация передается по каналам связи, в состав которых входят: передатчик, линия связи и приемник. Совокупность источника сообщений, передатчика, линии связи, приемника и получателя сообщений образует систему связи.



01

Приемник и передатчик адаптируются под ЛС. Источник и получатель – комп, человек, автоответчик, …


Из всех элементов системы наибольший процент стоимости приходится на линии связи (до 80%) – ЛС более 100 км многоканальные системы позволяют одновременно передавать по одной физической цепи большое число независимых сообщений, т.е. использовать линию многократно.

Связь, осуществляемая с помощью этих систем, называется многоканальной связью.

Системой N-канальной связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной цепи связи. К передатчику N-канальной системы связи подводятся первичные сигналы от N источников сообщений. Эти сигналы подвергаются специальной обработке и объединяются в общий групповой сигнал, поступающий на вход цепи связи. Основные задачи многоканальной электросвязи:

1. повышение дальности связи

2. увеличение числа каналов, приходящихся на одну ЛС

3. обеспечение высокого качества связи

4. снижение затрат

2. Сигналы электросвязи и методы их описания.

Электрические сигналы количественно можно охарактеризовать мощностью, напряжением или током.

Используют для упрощения расчетов и простоты сравнения. Вместо величин мощности, напряжения и тока, выраженных в ваттах, вольтах и амперах, используют логарифмы отношений этих к условным величинам, принятым за отсчетные. Относительные единицы, выраженные в логарифмической форме, называются уровнями передачи (если десятичный логарифм, то [дБ]; если натуральный логарифм, то [Нп]; связь 1Нп=8.69дБ, 1дБ=0.115Нп).

1) Уровни передачи: Различают такие уровни: абсолютные уровни (если за исходные данные приняты следующие значения: P0=1мВт, U0=0.775В, I0=1.29мA, R0=600 Ом), относительные уровни (разность абсолютных уровней в точке x и опорной точке y (в качестве нее используют начальную точку входа канала)), измерительные уровни (абсолютный уровень в точке x, при условии, что подключаем генератор гармонических колебаний с ЭДС=1.55В с рекомендованными параметрами (для телефонного сигнала 0дБ, с частотой 1020Гц или 800Гц)). Положительный относительный уровень соответствует усилению, отрицательный – затуханию.

2) Усиление, затухание: При прохождении сигналов по каналам передачи имеют место потери энергии в пассивных четырехполюсниках или ее увеличение в активных. Для оценки вводится понятие рабочего затухания и рабочего усиления: Амр=10lg(Pвх/Pвых) =Рвх – Рвых затухание Sмр=10lg(Pвых/Pвх) =Рвых – Рвх усиление Соотношения между уровнями сигнала на входе и выходе канала определяет его остаточное затухание, которое представляет собой рабочее затухание, определяемое при условии замыкания входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузки:

3) Защищенность сигнала от помехи. Характеристика качества связи, чем больше ее значение, тем лучше: Аз=10lg(Pсигн/Pпомех)= Рсигн – Рпомех


3. Первичные сигналы электросвязи и их характеристики.

Электрический сигнал, получаемый на выходе преобразователя сообщения, называется первичным сигналом электросвязи. Первичный сигнал есть объект транспортировки. Основные параметры:

1) Длительность, определяющая интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

2) Средняя мощность: где - эквивалентные мощности сигнала (максимальная мощность – вероятность превышения которой близка к 1; минимальная мощность – вероятность превышения которой близка к 0)

3) Эффективная энергетическая ширина спектра: ΔF=Fmax - Fmin

4) Динамический диапазон сигнала: D=10lg(Pmax/Pmin) =Рmax – Рmin

5) Пик-фактор сигнала: Q=10lg(Pmax/Pср)=Рmax – Рср

6) Объем первичного сигнала: Vc=T D ΔF

7) Количество информации переданной за единицу времени Ic=3.32η ΔF lg(1+ Wср/ Wпомехи) где η – коэффициент активности (отношение влияния активности источника на общее влияние разговора)

8) Защищенность сигнала: Аз=10lg(Pсигн/Pпомех)= Рсигн – Рпомех



Классификация первичных сигналов: аналоговый (непрерывный) сигнал, у которого величины могут принимать непрерывное множество состояний; дискретный сигнал, у которого величины одного из представляющих параметров квантуется, т.е. имеет счетное множество состояний; цифровой сигнал, которого счетное множество величин одного из представляющих параметров описывается ограниченным набором кодовых комбинаций. Классификация по виду передаваемых сообщений: телефонные сигналы, сигналы звукового вещания, сигналы передачи данных и телеграфии, телевизионные сигналы и др.

Основные характеристики телефонного (речевого) сигнала. Речевой сигнал представляет собой последовательность звуковых импульсов и пауз. Звуки делятся на вокализованные (гласные, звонкие согласные (длительные и мощные)) и невокализованные (фрикативные (шум) и взрывные (скачок давления)). Спектральные исследования звуков русского языка показали, что различные звуки имеют разное число усиленных частотных областей, называемых формантами. Наличие формант позволяет отличать одни звуки речи от других. Для распознавания сигнала достаточно 4 формант. Основные параметры:

1) Эффективная полоса частот для телефонного сигнала: ΔF= Fmax – Fmin (0.3-3.4 кГц, т.к. в этом диапазоне располагается 3-4 форманты достаточных для распознавания сигнала).

2) Средняя мощность телефонного сигнала: где - эквивалентные мощности сигнала (максимальная мощность – вероятность превышения которой близка к 1; минимальная мощность – вероятность превышения которой близка к 0). Средняя мощность зависит от затухания абонентской линии, от манеры говорить, от отдачи микрофона (Wср=88мкВт, т.к. экспериментально выяснено, что на интервале активности распределение абсолютных уровней по мощности приблизительно Гауссовское)

3) Динамический диапазон телефонного сигнала: D=10lg(Pmax/Pmin) =Рmax – Рmin (25-45 дБ)

4) Пик-фактор телефонного сигнала: Q=10lg(Pmax/Pср)=Рmax – Рср (14-17 дБ)

5) Количество информации переданной за единицу времени Ic=3.32η ΔF lg(1+ Wср/ Wпомехи) где η – коэффициент активности (отношение влияния активности источника на общее влияние телефонного разговора, 0.25-0.36)



Основные характеристики нетелефонных сигналов.

1) Звуковое вещание. Представляет собой чередование сигналов: речевой, музыкальное сопровождение, художественное чтение. Источником являются высокочастотные микрофоны. Основные параметры:

1) Эффективная ширина спектра (сильно зависит от жанра): 15Гц-20кГц (ширина полосы пропускания, установленный стандарт:30Гц-15кГц)

2) Значение средней мощности (сильно зависит от интервала усреднения): при усреднении за час 923 мкВт

3) Динамический диапазон (широк, т.к. должны быть переданы сигналы разной мощности): самый большой у симфонического оркестра 60-65 дБ.

4) Пик фактор (максимальный у симфонического оркестра, такой сигнал сложно записать и передать): до 28дБ 5) Количество информации (зависит от ширины спектра): 140-200 кбит/с

2) Телевизионный (видео) сигнал. Сигнал подвижного изображения, основан на последовательной передаче информации по яркости и цвету элементов изображения, также входит сигнал синхронизации. Считывается с фотолинии в процессе развертки (в одном кадре четные строки, в другом нечетные).

Основные параметры (для сигналов черно-белого телевидения, для цветного особенности): 1) Эффективная ширина спектра (достаточно первой гармоники для передачи такого сигнала): f=1/2T, T – длительность одного элемента (6 Гц - 6.5 МГц). 2) Защищенность сигналов: 48 дБ. 3) Число градаций яркости: 100. 4) Динамический диапазон: 40 дБ.

5) Пик-фактор: до 4.8 дБ.

6)Количество информации: 80 Мбит

3) Факсимильный сигнал. Обеспечивает передачу неподвижных изображений (фотографии, чертежи, газеты и т.д.). Получают при помощи процесса электрооптической развертки неподвижного изображения (преобразование светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрический сигнал). Основные параметры:

1) Эффективная ширина спектра: от 0 до fc (fc определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки (вращения барабана) и размером анализирующего светового пятна: fc=(πDN)/120d).

2) Динамический диапазон (для передачи полутоновых изображений): 25 дБ.

3) Пик-фактор: до 4.8 дБ.

4) Защищенность (для передачи полутоновых изображений): 35 дБ.

5) Количество информации (для газетнй полосы): 360 кбит/с4.Принципы разделения канальных сигналов. Простейшие методы разделения каналов.

Наиболее простым методом разделения канальных сигналов является метод уравновешенного моста, рис. 7.3

Если сопротивления проводов физической цепи Zп1 = Zп2= Zп, то при Z1= Z2= Z3= Z4= Z0 , то схема рис. 6.3 образует уравновешенный мост с сопротивлениями плеч Z0 и Z0 + Zп. В такой схеме разность потенциалов, создаваемая источником сигнала ИС1 между точками а, б и а, б’, равна нулю и, следовательно, сигнал С1(t) от источника ИС1 не воздействует на приемник сигнала ПС2; сигнал С2(t) от источника ИС2 не воздействует на приемник сигнала ПС1, так как разность потенциалов, создаваемая источником сигнала ИС2 между точками с и с’ , равна нулю. Таким образом, при идеальной уравновешенности моста двухпроводную физическую цепь (линию связи) можно использовать для организации двух независимых каналов, обеспечивающих передачу сообщений от источника ИС1 к приемнику ПС1 и от источника ИС2 к приемнику ПС2. Цепь в данном примере является трехпроводной: роль третьего провода выполняет “земля”.

Разумеется, если Zп1 Zп2 , то равновесия моста можно добиться соответствующим подбором сопротивлений Z1…Z4. Однако на практике не удается достичь идеального уравновешивания моста и поэтому между каналами возникают взаимные помехи.Дополнительные цепи, образованные методом уравновешенного моста, называются искусственными или фантомными. Искусственные цепи используются для передачи токов дистанционного питания, совместного телеграфирования и телефонирования, передачи дополнительных телефонных разговоров (в частности, для служебной связи).

Принципы линейного разделения сигналов. Первичные сигналы сi (t), поступающие на входы каналов системы передачи, могут одновременно существовать в одинаковых или перекрывающихся спектрах частот. Как следует из рис.7.1, в устройствах Мi осуществляется формирование отличающихся друг от друга канальных сигналов si(t). Преобразование первичного сигнала ci(t) в канальный сигнал si(t) можно, в общем виде, описать выражением

si (t) = Mi [ ci(t)], (6.2)

где Мi – оператор, осуществляющий преобразование i-го первичного сигнала в i-тый канальный сигнал. Как правило, преобразование Мi осуществляется путем модуляции сигналом сi(t) некоторого сигнала Ψi (t), называемого переносчиком. Как известно, процесс модуляции можно представить как умножение модулирующего сигнала сi(t) на переносчик Ψi(t). Если принять, что сигнал сi(t) представляет собой медленно меняющуюся функцию времени сi, остающейся постоянной на периоде переносчика Ψi(t), то процесс формирования i –го можно записать в виде



si (t) = ciΨi (t) .

Рис. 6.5- Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи с линейным разделением сигналов - каналов

Комбинационное разделение.

Рассмотрим передачу двоичных импульсных последовательностей импульсов по двум каналам, полагая, что амплитуды импульсов в обоих каналах одинаковы. Оба канала работают двоичным кодом с элементами 0 и 1, рис.6.7. Возможные комбинации сигналов в обоих каналах в линии приведены в табл. 6.1.

Как видим, сигналы обоих каналов будут смешаны, следовательно, разделить их будет невозможно, так как суммарный сигнал, равный единице, означает наличие импульса в одном канале и отсутствие в другом, но неизвестно, в каком именно. Но возможно вместо суммарного сигнала передавать номер комбинации, так как этот номер однозначно определяет сигналы каждого из каналов в отдельности. Таким образом, дело сводится к передаче четырех чисел, которые могут быть переданы любым способом, т.е. закодированы любым кодом и переданы посредством любого вида модуляции



Большой практический интерес представляют комбинированные системы, в которых используются одновременно различные методы разделения каналов: комбинированные системы с применением частотного разделения, комбинированные системы с использованием временного разделения, комбинированные системы с использованием частотного и временного разделений.




5.Принципы многоканальной передачи амплитудно-модулированных сигналов с одной боковой полосой частот.

В СП о ЧРК в настоящее время используются следующие способы формирования одной боковой полосы (ОБП): фильтровый и фазоразностный. Наиболее широкое распространение получил фильтровый способ. В случае передачи широкополосных сигналов, например в телевидении, используется передача AM-сигналов с асимметричными боковыми полосами.



Фильтровый способ формирования ОБП

Фильтровый способ формирования ОБП осуществляется с помощью устройства, структурная схема которого изображена на рис. 2.19.

Канальный фильтр на передаче служит для подавления ненужной боковой полосы. Канальный фильтр на приеме служит для разделения канальных сигналов.

АЧХ канального фильтра и спектры сигналов в точках 2 и 3 представлены на рис. 2.20.



http://www.studfiles.ru/html/2706/39/html_o2dyogqmib.bgma/img-sxuhfz.png

Как видно из этого рисунка, частотные компоненты нижней боковой полосы попадают в полосу заграждения КФ и полностью подавляются.



http://www.studfiles.ru/html/2706/39/html_o2dyogqmib.bgma/img-othsi5.png

Скорость нарастания затухания фильтра ν определяется из треугольника АВС:

Относительная полоса расфильтровки:

Из этих формул видно, что чем меньше и чем больше , тем труднее реализовать фильтр, формирующий ОБП. Аналогично можно подавить верхнюю боковую полосу частот и передавать нижнюю.

Пусть передается верхняя боковая полоса, причем для простоты записи будем считать, что сигнал, проходя из точки 3 в точку 4, не изменяет своей амплитуды.

Фильтр низких частот на приеме подавляет сигналы верхней боковой полосы, возникавшей после перемножения на приеме канального сигнала и несущей. Из-за отсутствия синхронизации несущих колебаний на передаче и приеме начальные фазы сигналов в точках 1 и 6 отличаются друг от друга на величину , т.е. имеют место фазовые искажения в канале связи. При передаче телефонных сигналов эти искажения не представляют опасности.

Канальные фильтры являются дорогостоящими устройствами. Обычно в них используется кварцевые фильтры, отличающиеся высокой добротностью. Важным достоинством фильтрового способа формирования ОБП является относительно небольшая полоса частот, занимаемая спектром канального сигнала:



6.Принципы построения каналов двухстороннего действия. Канал тональной частоты. Дифференциальная система разделения каналов.

В качестве основного типового аналогового канала принят канал тональной частоты (ТЧ) с полосой пропускания 0.3…3.4 кГц советующий ширине спектра телефонного сигнала. Впрочем, по каналу ТЧ могут быть переданы и другие сигналы: телефонные, передачи данных с невысокой скоростью, факсимильные. Отдельно взятый канал ТЧ является односторонним или симплексным, так как содержит устройства одностороннего действия, например усилители. Для обеспечения двухсторонней связи объединяют два встречных симплексных канала, они образуют один дуплексный канал, называемым каналом ТЧ с четырехпроводным окончанием. Основным элементом двухпроводного канала ТЧ помимо симплексных элементов являются:

1) Оконченнаядиф-система (ДС), обеспечивающая переход от двухпроводного окончание к четырехпроводному окончанию. Основным требование к ДС не допустить проникновение сигнала из одного направления передачи в другое. В противном случае в дуплексном канале возможно возникновения генерации или самовозбуждения. Если дифсистема сбалансирована будет вносить затухания между направлением приема и передачи, тем самым ослабляя паразитную обратную связь.

2) Удлинители, четырехполюсники, вносящие затухания. Особое значение имеет транзитный удлинитель ТУ с затуханием 3.5 дБ каждый. (ТУ- он улучшает балансировку дифференциальной системы, имеет затухание 3,5 дБ и препятствует возникновения таких чрезвычайных ситуаций, как холостой ход и короткое замыкание, ослабляет отраженный сигнал, который возникает из-за не полного согласования линии с абонентскими устройствами). Для двухпроводного канала измерительные уровни на входе и выходе канала равны Pвх=0дБм0, Рвых= −7дБм, тогда остаточное затухание Аост=7дБ (остаточное затухание это алгебраическая сумма между всех затуханий минус алгебраическая сумма усилений или уровень на входе минус уровень на выходе А=Рвх-Рвых). Если включить последовательно два канала, то остаточное затухание такого канала окажется равным 14дБ, а это не допустимо. Сохранить остаточное затухание равным 7дБ можно при помощи транзитного удлинителя (ТУ, его основное назначение – отключение при транзите). О линейных искажениях судят по АЧХ (зависимость остаточного затухания от частоты), ФЧХ, чтобы их не было надо устранять зависимость от частоты, добиться линейности ФЧХ.



Дифференциальная система.

В основу работы ДС закладывают принцип «уравновешенного моста» (то есть дифсистема сбалансирована, в сбалансированных мостовых схемах сигнал из одной диагонали в другую не проходит, то есть имеется место развязки диагоналей). Перечисленные требования будут выполняться лишь в том случае если Z1=mZ2, где m-коэффициент трансформации, Z2 – сопротивление балансного контура, кроме того Z3=2Z/n 2 , Z4=Z/2. Тогда затухания, вносимые ДС в направление развязки, стремится к бесконечности A43→∞, а также A12→∞, а затухания, вносимые в направления пропускания А41=А13=А32=3дБ. На практике обеспечить точное выполнение условия баланса затруднительно, поскольку к ДС подключают различные линии с разными входными сопротивлениями, а сопротивление балансного контура фиксировано. При Z1≠Z2 происходит разбалансировка ДС и затухание в направление развязки оказывается конечным (А43). Отсюда вытекают задачи ДС: в реальных условиях затухание, показывающее качество связи, А43 должно составлять 20-40 дБ; затухание в направление пропускания минимальное, а в направлении непропускания – максимальное; согласованное подключение к зажимам дифсистемы. Схема трансформаторной ДС: 1-1 и 2-2 – плечо ДС 3-3 и 4-4 – диагонали ДС Бывают равноплечие и неравноплечие дифференциальные системы. Коэффициент трансформации равноплечие m: для m≠1 это ДС неравноплечая, если m=1 это ДС равноплечая. Коэффициент m и n выражается через число витков обмотки: n=(Wc+Wd)/Wa, m=Wd/Wc. Назначение дифференциальной системы:

1) Равноплечая дифсистема обеспечивает переход из двухпроводного тракта в четырехпроводному, организация усилителя однонаправленного действия.

2) Неравноплечая дифсистема применяется при параллельной работе фильтров в приемнике тонального вызова (разделение разговорного тракта от приемного), при подачи в тракт контрольных и измерительных частот.



Виды ДС: Трансформаторная ДС достоинства: небольшое затухание в направление пропускания (приема передачи); отсутствие гальванических связей между полюсами подключаемых нагрузок; возможность согласованного подключения до 4-х различных сопротивлений. Недостатки: наличие амплитудных искажений, вносимых трансформатором; для получения характеристического (частотного) затухания необходимо увеличить число обмоток индуктивности, следовательно большие размеры и габариты. Резистивная ДС достоинства: простота изготовления, малые габариты и низкая стоимость; отсутствие нелинейных искажений; равномерная частотная характеристика затухания во всех направлениях затухания, отсутствие нелинейных искажений; наличие трех направлениях пропускания при советующей конфигурации. Недостатки: сравнительное большое затухание в направлении пропускания; наличие гальванических связей между сопротивлениями. Основные параметры ДС: входное сопротивление со стороны зажимов (чтобы согласовывалось направление); затухание, вносимое ДС в разные направления. ДС может использоваться в качестве развязывающего устройства: линейные, построенные на пассивных элементах (параметры не будут зависеть от времени и от уровня передачи); линейные, построенные на активных элементах (параметры не будут завесить от времени и от уровня передачи); параметрические (параметры элементов зависят от времени и меняются по уровню). Работа развязывающего устройства: 11-33 или 11-44 направление пропускания будет характеризоваться минимально возможным затуханием; 44-33 направление развязки будет характеризоваться максимально возможным затуханием; идеальным будет называться то РУ, у которого рабочее частоты и динамический диапазон передачи сигнала (1-2 и 4-1) выполняет следующие требования: затухание будет равным 0, бесконечно большое затухание в направление развязки (4-2 и 2-4).
7,8. Каналы 2-стороннего действия. Уст-ть каналов 2-стороннего действия (2-проводный 1-полосной канал).

http://www.studfiles.ru/html/2706/39/html_o2dyogqmib.bgma/img-_omt6x.jpg

a – затухание, S – усиление

а – затухание отраженного сигнала. Для направления S1 петля ОС образуется через S2 , и наоборот.

Для устойчивости канала нужно, чтобы затухание было больше, чем усиление:

1). ;

2). – сумма фаз между входом и выходом

Так как канал распределенный, то полоса спектра будет широкой, т.е. невозможно выполнение условия 2)., => не нужно выполнять условие 1).

Запас устойчивости:

Sp1, Sp2 – усиление между двумя точками

;



Насколько можно усилить сигнал:

Запас устойчивости создается балансировкой диф. схем.

http://www.studfiles.ru/html/2706/39/html_o2dyogqmib.bgma/img-5lu7td.jpg

– РУ (развязывающее устр-во, диф.схема)

– балластное затухание (показывает, как ведет себя отраженный сигнал)

Пусть (усиление в этих точках нулевое) и пусть

Тогда X определяется через A: ; , – балластное затухание внутри диф. схемы.

, , т.е. схема устойчива.f:\my documents\fiji\istu\хатбулин\рис\123.jpg

X связан с АЧХ канала:

Чем больше f , тем больше затухание (по медным проводам), т.е. S надо тоже увеличивать, иначе будет искажение сигнала.

В канале

нормируется величина АЧХ ()

При уменьшении X возникает эхо за счет отражения сигнала.

Считается, что при выполняется условие – неощутимое на слух искажение.

Т.е. удлинители обязательно нужны.

Телефонный канал состоит из двух каналов тональной частоты встречных направлений передачи, объединенных с помощью дифференциальных систем (как правило, трансформаторных). Из-за обратно связи возникают искажения, для этого определяют устойчивость телефонного канала.




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница