Задачи, решаемые при использовании многоканальных систем передачи информации (стр. 1 )

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

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.

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: ДF=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 ДF

7) Количество информации переданной за единицу времени Ic=3.32з ДF lg(1+ Wср/ Wпомехи) где з – 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: ДF= 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=3.32з ДF lg(1+ Wср/ Wпомехи) где з – 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=(рDN)/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).