2.1. Сурет – Телефондық сигналдың динамикалық деңгейлері ықтималдығының тығыздығы мен оның динамикалық диапазоны

Сигналдың пик-факторы мына мәнге тең:

у_тф = 10lg(P_тф/Р_изм), дБм0 қатынасы ТФ сигналының динамикалық деңгейі (волюм) деп аталады. Мы өрнекте Р_изм – зерттеулер жүргізілетін тракт нүктесіндегі өлшегіш сигналдың қуаты. ХЭО-Т ұсыныстарына сәйкес волюмдар квадратты әр түрлі жиіліктердегі тербелістерді қосу заңын қамтамасыз ететін, логарифмдік шкаласы (децибел) бар және уақыт тұрақтысы (интегралдау уақыты) Т_н = 200 мс болатын арнайы құралмен (волюмметрмен) өлшенеді. Статистикалық зерттеулердің нәтижесінде волюмдердің үлестірілуі орташа мәні у_тфср= -12,7 дБм0 және орташа квадраттық ауытқуы σ_у, = 4,3 дБ (2.1-сурет) болатын Гаусс заңына бағынатындығы анықталған.

мұндағы W(у) — волюмдердің үлестірілу тығыздығы, у_тфср – волюмнің орташа мәні, ал σ_у – оның орташа квадраттық ауытқуы.

НСДН-дағы (нөлдік салыстырмалы деңгей нүктесіндегі) орташа қуатқа сәйкес келетін P_{тф ср} деңгей орташа логарифмнен орташаның логарифміне өту нәтижесінде табуға болады.

онда P_{тф ср} = 1· 10^0,1(-10,57) = 88 мкВт0 — НСДН-дағы ТФ сигналының паузаларды ескермегендегі орташа қуаты.

Паузалардың әсерін хабар көзінің активтілік коэффициентінің Ка көмегімен ескереді. Ол шығыс жағындағы сигналдың дейгейі бекітілген шеткі мәннен жоғары болатын (-40 дБм0) уақыт мөлшері мен толық сөйлесу уақытына қатынасына тең. ТФ сигналы үшін Ка = 0,25. Онда паузаларды ескергенде ТФ сигналының орташа қуаты P_{тф ср п}= Ка P_{тф ср} + 10 = 32 мкВт0 (—15 дБм0), мұндағы 10 мкВт0-ге тең оң жақтағы екінші қосылғыш ТФ әңгімесімен қосақтала жүретін сигналдардың (бір арна арқылы таралатын қызметтік келіссөздер мен БӘС) артылған қуатына түзеткіш ретінде ХЭО-Т ұсыныстарымен сәйкес енгізіледі. (2.1) өрнегін ескере отырып максималды қуатқа Р_{тф макс} және шекті кернеуге сәйкес келетін деңгейді U_огр оңай анықтауға болады:

ЦТЖ арналары арқылы таралатын сигналдар үшін Р_{тф макс} шамасын +3 дБм0 мәніне тең деп алады, ал аналогты тарату жүйелерінің көмегімен таралатын сигналдар үшін – +3,5 дБм0. Соңғы жағдайда максималды қуат Р_{тф макс} 2200 мкВт0 мәніне тең болады.

ε≤10^-3 ықтималдығымен пайда болатын волюмді минимал волюм деп атайды. Ықтималдық интегралының кестелерін пайдалана отырып волюмнің минималды мәнін анықтайық:

Минималды сигналға сәйкес келетін Р_{тф мин} дейгейі у_тф-дан пикфактор шамасына кем болады. Сонымен, сигналдың динамикалық диапазоны D_{с тф} (2.1) және (2.2) формулаларын ескергенде мынаған тең болады:

Дыбыстық хабар тарату сигналдары (ДХ) өзінің сипаты бойынша телефондық сөйлеу сигналдарына өте жақын, сондықтан олардың негізгі айырмашылығы негізінен мөлшерлік сипатында. ДХ сигналдарының жиіліктік спектрі тарату сапасының айтарлықтай төмендеуінсіз жоғары классты арналар үшін 0,03... 15 кГц жолағымен және бірінші класты арналар үшін 0,05...10 кГц жолағымен шектеледі. ДХ сигналдарының телефондық сигналдарға қарағанда паузалары аз болады, ал жеке импульстердің энергиясы, музыкалық импульстер ерекше, ТФ сигналының сөйлеу импульстерінің энергисясынан әлдеқайда артық болады. Мондықтан ДХ сигналдарының орташа қуаты ТФ сигналдарының орташа қуатынан артық болады. Орташа секундтық, орташа минуттық және орташа сағаттық қуат Р_звср сәйкесінше 4500, 2230 және 923 мкВт0 болып нормаланады. Максималды қуат ε= 0,02 арту ықтималдығында анықталады және 8000 мкВт0 құрайды. Минималды қуат (1 - ε ) = 0,98 арту ықтималдығында есептеледі . Оның мәндері әр түрлі сигналдар үшін түрліше және ДХ сигналдарының динамикалық диапазонынң келемсідей мәндерін береді:

ХД шеткі аппаратының шығыс жағындағы орташаланған флуктуациялық бөгеуілдің мәні 16000 пВт0п-тен артық болмауы тиіс. ДХ арналарында бөгеуілдердің спектрі кең болатындықтан, олардың псофометрлік коэффициенті кем болады. Мысалы бірінші класты арналар үшін оның мәне 0,5, яғни орташаланбаған бөгеуілдің қуаты 16000/0,5² =64000 пВт0 – ге дейін жетуі мүмкін, демек, ДХ сигналдарының бөгеуілдірге тұрақтылығы төмендегі мәннен кем болмауы тиіс:

Сонымен, бірінші класты ДХ сигналының потенциалық ақпараттық сыйымдылығы мына мәнге тең болуы мүмкін:

Факсимильдік сигналдар (қозғалмайтын бейнелерді тарату сигналдары) бейне элементтері шағыстыратын жарық ағынын электр сигналдары түрлендіру арқылы алынады. Түсетін жарық ағыны бейненің бойымен берілген кезекпен орын ауыстырады (мысалы, жолақтық жайма принципі бойынша). Жазу таспасына әсер ететін қабылдау құрылғысының элементі қабылданған сигналдарға сәйкес дәл сондай кезекпен орын ауыстырып оның сәкес жерлерін бояйды. Осылайша тарату жағында жарық дағының орнын таратылатын сигнадың бойымен ауыстыруға болыда, ал шағылған ағынды фотоэлементпен қабылдауға болады. Қабылдау жағында бұл сигнал жарық диодын қоздырады. Фокусталған жарық ағынының орнын фотосезімтал қағаз бойымен тарату жағындағы ағынмен синфазалы ауыстыра отырып таратылатын бейненің фотокөшірмесін аламыз.

Штрихты бейнелерді (қара және ақ элементтерден тұрады, мысалы газет жолақтары) таратқанда факсимильді сигнал (ФС) ұзақтығы әр түрлі, ал амплитудалары бірдей униполярлы импульстерден тұрады. Осындай сигналдың жиіліктер жолағы 0.. .F_р аралығынла орналасады деп есептеледі, сонымен қатар F_р – суреттін жиілігі, ол ең қысқа импульстің ұзақтығымен τ_и мына теңдікпен байланысты F_р = 1/2 τ_и. Өз кезегінде τ_и жарық дағының диаметрі d_c және ұңғы жылдамдығына V_p ( жарық дағының бейне бойыммен орын ауыстыру жфылдамдығы) байланысты болады: τ_и = d_c/ V_p. Құжаттарды таратқан кезде d_c = 0,15 мм және V_p <440 мм/с, онда τ_и = 0,34 мс, ал F_р =1 500 Гц. Газет жолақтарын таратқанда d_c <0,06 мм, ал V_p< 30 м/с. Жиілік мұндай жағдайда 250 кГц-ке тең болады.

ФС сигналдарының бөгеуілдерге тұрақтылығы А_{пз фс} (сигнал амплитудасының флуктуациялық бөгеуілдің әсерлік кернеуіне қатынасы) 35 дБ-ге тең деп алынады. Штрихты бейнелерді таратқанда ФС сигналдарының потенциялық ақпараттық сыйымдылығы мынаған тең:

Жартылай тонды байнелерді таратқанда көшірмелерде 16 жарқындық градация ажыратылуы тиіс. Сигналдың динамикалық диапазоны:

Біріншілік теледидарлық хабар тарату сигналдары ТД жартылай тонды ФС сигналдарына ұқсас жарқындық (бейне) сигналдарының, түс және «синхроқоспа» (жолақтарды және жартылай кадрларды синхрондау және сәуленің кері жолын өшіру импульстерінің комбинациясы) сигналдарының қосындысынан тұрады. Жарқындық сигналдарының сурет жиілігін F_p кадрдағы бейне элементтерінің саны (4/3)/m - ге тең деп алып, есептеуге болады, мұндағы m = 625 — ТТ (түрлі түсті теледидар) СЕКАМ үшін қабылданған кадрдағы жолақтар саны, ал 4/3 – кадрдың горизонталь және вертикаль өлшемдерінің қатынасы. Секундына 25 кадр (жұп және тақ жолақтардан тұратын 50 жартылай кадр) таратылады деп есептеп, келесіні аламыз (4/3)m2·25/2 = 6,5 МГц. Бірақ жарқындық сигналының барлық энергиясы 0... 1,5 МГц диапазонында шоғырланған.

Бұл жүйедегі түс сигналдары түс айырымдық сигналдармен жолақтан жолаққа модуляцияланған екі тасушы сигнал (4406,25 және 4250,00 кГц) болып табылады. Тасушы сигналдар қосындысының амплитудасы жарқындық сигналының тербелу шегінің 23 % құрайды. Жарқындық сигналдарымен қосыла отырып түс сигналдары экран жарқындығының периодты түрде өзгеріун тудфрады, бірақ бұл көрудің инерциялы болуынан бейнені қабылдауға әсер етпейді. Жарқындық сигналының нөолік кернеуі қара түс деңгейіне, ал максималды мәне ақ түс деңгеіне сәйкес келеді. Синхрондау импульстері мұндай жағдайда қабылдау экранынан көрінбес үшін теріс таңбалы импульстермен («қарадан қара») таралады. Толық телецентр шығысындағы ТД сигналының 75 Ом жүктеме кезінде тербеліс шегі 1 В-қа тең деп қабылданған.

2.2- суретте толық ТД сигналының бір жолағының ықшамдалған осциллограммасы көрсетілген (іс жүзінде түс сигналының және жарқындық сигналының жанап өту қисығы күрделі болып келеді). Осциллограммада кернеудің жеке құраушылары мен жолақ ұзықдығының арасындағы қатынастар, сондай-ақ өшіру импульсі мен жолақтық синхроимпульстің арасындағы қатынастар көрсетілген.

310 жолақтан тұратын жартылай кадрлар бір-бірінен 25 жолақ арқылы бөлінеді (тек жолақтық синхроимпульстер және өшіру импульстері таратылады). Бұл аралыққа кадр аяқталғанда әрбір үш жолақтан кейін ұзақтығы үш жолақтың ұзақтығына тең жартылай кадрлы синхоимпульс енгізіледі. Бұл кезде жолақтық синхроимпульстер және өшіру импульстерін тарату тоқтатылмайды.

2.2 – Сурет ТД сигналының жолағының осциллограммасы:

I – ақ түс деңгейі; II – қара түс деңгейі; III өшіру деңгейі; IV – синхроимпульстер деңгейі; 1 – түс сигналы; 2 – жарқындық сигналы

Телеграф сигналдары және деректерді тарату сигналдары (ДерТ) амплитудасы тұрақты болатын униполярлы және биполярлы импульстердің тізбектері болып табылады, бұл жағдайда оң таңбалы импульс таратылатын «1» символына, ал үзілістер немесе теріс таңбалы импульс «0» символына сәйкес келеді. «1» және «0» символдарының жиілігі тактілік жиілік F_т деп аталады. F_т деректерді тарату жылдамдығына (Бод), ал осы жағдайда (екі рұқсат етілген «1» және «0» мәндері) бит секундына бит/с тарату жылдамдығына сәйкес келеді. Шартты түрде төмен жылдамдықты (200 Бод-қа дейін), орташа жылдамдықты (300...1200 Бод) және жоғары жылдамдықты (1200 Бод-тан жоғары) ақпарат таратуды ажыратады. Әрбір таратылатын импульс толығымен тактілік интервалы алатындықтан, оның ұзақтығы төменгі жылдамдықта 5 мс-қа дейін, орташа жылдамдықта 3,3-тен 0,8 мс-қа дейін және жоғары жылдамдықта 0,8 мс-тан төмен болады. Егер сигалдың спектрі идеалға жақын төменгі жиіліктер фильтрімен шектелген болса, онда сенімді қабылдау фильтрдің 0,5·F_т –ге тең немесе артық шектеу жиілігінде мүмкін болады. Бұл сигналдар 0... 0,5·F_т жиіліктер жолағын алады деп есептеуге болады. Бірақ іс жүзінде сигнал спектрінің жоғарғы жиілігін F_т-ге немесе 1,2·F_т-ге тең деп алады. Бұл деректерді таратудың кейбір түрлерінде ақпарат импульсі ұзақтығының өзгеруіне енгізілетіндігіне байланысты (қабылданатын импульстердің шектелген бұрмаланулары болуы мүмкін) ДерТ сигналдарын таратқанда мүмкін болатын қате ықтималдығы 10^-5 тең. Бұл қажетті бөгеулерге тұрақтылықты қабылдауға мүмкіндік береді. Бөгеуілдерге тұрақтылық имульс амплитудасының флуктуациялық бөгеудің әсерлік мәніне қатынасына тең, А_{пз тп} = 12,6 дБ.

ЛЕКЦИЯ №4

Аналогты хабарларды цифрлық формаға түрлендірудің ҚАҒИДАЛАРЫ

1. Уақыт бойынша дискреттеу туралы ұғым

2. Деңгей бойынша кванттау туралы ұғым

3. Кодтау туралы ұғым

Сигналдарды аналогты-цифрлық түрлендіру (АЦТ) цифрлық телекоммуникациялық жүйелердің ең маңызды құраушы бөліктерінің бірі болып табылады. Аналогты-цифрлы түрлендіру бірнеше тізбекті операциялардан тұрады (4.1 - сурет). Бұл операциялар мынадай:

Дискреттеу – уақыт бойынша үздіксіз болатын сигналды периодты дискретті мәндер қатарына түрлендіру. Мұндай түрлендіру В.А. Котельников теоремасына негізделген. Бұл теорема бойынша спектрі ω_в-ға дейінгі жиіліктер жолағында жатқан функция ∆t = π/ω_в уақыт интервалдары арқылы алынған лездік мәндерімен толық сипатталады. Дискреттеу арналарды уақыт бойынша бөлу үшін қажет, сондай-ақ дискреттеу неғұрлым нақты жұмыс істейтін синхронды микросхемаларды қолдануға мүмкіндік береді.

Кванттау – сигналдың лездік мәндерін неғұрлым жақын рұқсат етілген мәндерге дейін жуықтау. Бұл аналогты сигналды цифрлық сигналға түрлендіретін АЦТ-ның ең маңызды операциясы. Кванттау кезінде сөзсіз болатын кванттау қадамынан, яғни рұқсат етілген екі жақын мәндерінің арасындағы қашықтықтан артық болмайтын кванттау қатесі пайда болады. Бұл қашықтықты кішірейту арқылы рұқсат етілген мәндердің санын арттыруға болады, соның салдарынан таратылатын хабардың көлемі, мысалы тарату жылдамдығын арттыру арқылы арта түседі. Телекоммуникациялық жүйелердің жабдықтарында кванттау операциясы кодтаумен біріктіріледі.

Кодтау – электр байланыс теориясында екі кодтау ұғымы бар: кең және тар. Тар мағынада, цифрлық телекоммуникациялық жүйелерде кодтау жоғары негізді кодтан төменгі негізді кодқа өтуді білдіреді, яғни рұқсат етілген мәндердің көп санын қабылдай алатын лездік мәндер (мысалы 256) рұқсат етілген мәндері аз болатын (минимум екі мән) импульстердің комбинациясымен (мысалы 8 импульстен тұратын кодтық топтармен) ауыстырылады. Бұл сигналдардың бөгеулерге тұрақтылығын арттырып, оның логикалық құрылғылармен өңделуін жеңілдетеді.