2. Уровни передачи

Абсолютные уровни. Абсолютные уровни мощности, напряжения и тока определяются следующими соотношениями:

(1)

Здесь Р – активная мощность; U и I – действующие значения напряжения и тока в данных точках цепи; 1 мВт; 775 мВ и 1,29 мА — мощность, напряжение и ток, принятые за единичные. Понятие абсолютного уровня тока в практике используется редко.

Из приведенных выражений следует, что нулевому абсолютному уровню мощности (р_М = 0 дБ) сигнала соответствует мощность 1 мВт, а нулевому абсолютному уровню напряжения (р_Н = 0 дБ) – напряжение 0,775 В.

Номинал сопротивления 600 Ом исторически появился в МСП как среднее значение модуля волнового сопротивления медной цепи воздушной линии связи.

Мощность 1 мВт считается средней мощностью телефонного аппарата, работающего на передачу при подключении его к линии или каналу ТЧ с сопротивлением 600 ОМ.

По мере освоения спектра все более высоких частот, наряду с сопротивлением 600 Ом, были введены еще два номинала сопротивлений: 135 Ом и 75 Ом. Сопротивление 135 Ом представляет собой среднее значение модуля волнового сопротивления цепи междугородних симметричных кабелей связи (СКС), а сопротивление 75 Ом – сопротивление коаксиальной пары коаксиальных кабелей связи (ККС).

В существующей аппаратуре МСП все устройства, за редким исключением, рассчитаны на одно из сопротивлений нагрузки 600, 135 или 75 Ом, что позволило унифицировать измерительные приборы: измерительные генераторы (ИГ), измерители (указатели) уровня (ИУ/УУ), магазины затухания (МЗ).

В конце прошлого века номинал сопротивления 135 Ом в аппаратуре и измерительных приборах по рекомендации МККТТ заменен на 150 Ом. Кратность сопротивлений – 600, 150 и 75 Ом упрощает измерительные приборы и расчеты в телекоммуникации.

Определения р_М, р_Н и р_Т взаимонезависимы, поэтому рассчитанные или измеренные в одних и тех же точках цепи они будут, вообще говоря, разными, и лишь в случае, когда нагрузка равна 600 Ом, р_М, р_Н, и р_Т численно равны. Это объясняется выбором величин, принятых за единичные: UI = U²:R = P = 775 мВ·1,29 мА= (775 мВ)² : 600 Ом = 1 мВт. Там, где это не может вызвать ошибки, индексы м, н, т для сокращения записи опускают.

На основании (1) можно найти мощности и напряжения по их абсолютным уровням, а именно:

(2)

В старой системе единиц

(3)

(4)

Приравнивая правые части выражений (2) и (4) для мощности или для напряжения, находим соотношение между неперами и децибелами, а именно 1Нп 8,69 дБ и 1 дБ 0,115 Нп.

Из определений (1) и (3) следует, что для перехода от выражений, предназначенных для расчетов или измерений в децибелах, к выражениям со старыми единицами измерений достаточно заменить везде 10lgx на , а 20lgx на lnx.

Относительные уровни. Для оценки изменения мощности и напряжения по тракту передачи используются относительные уровни мощности и напряжения:

(5)

Здесь Р₂ и U₂ — соответственно мощность и напряжение в рассматриваемых точках тракта; Р₁ и U₁ — мощность и напряжение в начале тракта или в точках, условно принятых за начало. Выражая входящие в выражения мощности (напряжения) через их абсолютные уровни, легко найти, что относительные уровни равны разности абсолютных уровней мощности (напряжения):

. (6)

Если нет специальной оговорки, то под началом тракта подразумевается двухпроводный вход канала ТЧ (КТЧ) с подключенным к нему измерительным генератором, имеющим ЭДС 2775 мВ и внутреннее сопротивление 600 Ом. Так как входное сопротивление КТЧ также равно 600 Ом, то к его входу оказывается подведенным сигнал с р_М = 0 дБм и р_Н = 0 дБн. В этих условиях относительные уровни в данных точках тракта численно равны абсолютным уровням: р_ОМ = р_M ; р_ОН = р_Н. Отметим, что по старой терминологии относительные уровни назывались измерительными.

Диаграмма уровней. Диаграммой уровней (ДУ) МСП называется таблица, график или структурная схема с указанием значений относительных уровней в характерных точках тракта передачи. Диаграмма уровней, например, линейного тракта, является основой электрических расчетов при проектировании и рабочим документом при эксплуатации многоканальной линии. Диаграмма внутренних уровней трактов служит нормативным документом при техническом обслуживании и ремонтных работах аппаратуры.

Приведение уровней. Уровни сигналов связи и помех при прохождении по тракту передачи изменяются в соответствии с относительными уровнями. Зная уровень сигнала или помехи р₁ в точке тракта, характеризуются относительным уровнем р₀₁, и относительный уровень р₀₂ в другой точке, можно найти уровень сигнала или помехи р₂ в этой новой точке. Так как , то

. (7)

Это выражение позволяет также привести мощность и напряжение из одной точки тракта в другую:

(8)

Для того чтобы каждый раз не оговаривать, каков относительный уровень сигнала в точке контроля, относительные уровни сигналов и помех принято приводить к точке с относительным уровнем 0 дБ.

При р_О2 = 0 выражения (7) и (8) принимают следующий вид:

(9)

К примеру, р_С = – 5 дБм0 означает уровень мощности минус 5 дБ в точке с нулевым относительным уровнем. Тогда нетрудно найти уровень сигнала в точке с любым другим относительным уровнем. А именно, тот же сигнал в точке с относительным уровнем, например, минус 13 дБ будет соответствовать уровню мощности: p_C = –5 – 13 = – 18 дБм.

Для измерения абсолютных уровней используются специальные приборы – измерители уровней (ИУ), которые представляют собой вольтметры со шкалами проградуированными в децибелах (неперах), т.е. отметка 0 дБ (0 Нп) соответствует 775 мВ. Таким образом, ИУ способен измерять уровни напряжения.

Измерительные уровни. Для предотвращения перегрузки в МСП измерительными сигналами, что приводит к нелинейным искажениям информационных сигналов в трактах передачи, уровень каждого из них, называемый измерительным, должен быть в точке включения измерительного генератора на 10 дБ ниже относительного уровня.