книги из ГПНТБ / Рожков, Л. И. Средства радиосвязи учеб. пособие

из этих соображений, ширину спектра телеграфных и телекс- довых сигналов берут равной

А5 = 3Fu ,

где Fu — - - — основная частота сигнала (соответствующая

случаю чередования в сообщении элементарных сим­ волов 1 и 0), так как интервал между гармониками равен FK.

Например, при основной частоте сигнала /\, =25 Гц, что соответствует скорости передачи В = 50 бод, ширина спектра сигнала равна

AF — 3Ры — 3-25 =■• 75 Гц . •’

Однако большинство линий связи не пропускает столь низ­ кие частоты, поэтому для перенесения спектра сигнала в об­ ласть более высоких частот применяют различные виды мани­ пуляций (AM, ЧМ, ФМ и др.). Ширина спектра манипулиро­ ванных сигналов определяется не только скоростью передачи (основной частотой сигнала ). но и видом манипуляции. Например, при амплитудной манипуляции спектр двухсторон­ ний относительно несущей и ширина его для Fu =25 Гц равна:

ДВам = 2АF = 2-75 = 150 Гц.

Более подробно ширина спектра сигналов при различных видах манипуляции рассмотрена в [18].

Скорость передачи дискретных сигналов

Важной характеристикой при передаче дискретных сигналов является скорость передачи (или скорость телеграфирования). Под скоростью передачи В понимается количество символов, передаваемых по каналу в одну секунду. Измеряется она в бо­ дах. Один бод соответствует передаче одного символа в се­ кунду.

При основной частоте сигнала Fu в одном периоде Т укла­ дывается два символа (1 и 0). Поэтому скорость передачи В в два раза больше основной частоты сигнала ■FM:

B = 2 F M.

Современные телеграфные аппараты обеспечивают ско­ рость телеграфирования 5 = 50-f- 200 бод. Наиболее широко используема скорость 50 и 75 бод. Скорость передачи телекодовых сигналов зависит от типа и назначения автоматизиро­

20

ванной системы. Она может лежать в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч и десятков тысяч бод. Например, в

системе Аккорд-1200 скорость передачи составляет 1200 бод. Максимально возможная скорость передачи в первую оче­ редь определяется шириной полосы пропускания канала AFK

и равна

В— 2Л F

Эта формула получила название критерия Найквиста. Телефонный канал хорошо приспособлен для передачи те­

лефонных сообщений. При использовании же его для переда­ чи данных возникает ряд трудностей. Во-первых, приходится применять модуляцию, поскольку телефонный канал не про­ пускает самых низких частот, которые имеются в спектре им­ пульсов постоянного тока. Это снижает возможную скорость передачи и усложняет аппаратуру передачи данных. Во-вто­ рых, приходится корректировать имеющиеся в телефонном ка­ нале большие фазочастотные искажения либо мириться со снижением скорости передачи. В-третьих, в телефонных кана­ лах имеется большое количество кратковременных перерывов и импульсных помех, существенно снижающих достоверность передачи данных и приводящих к усложнению аппаратуры. При передаче телефонных сообщений с этими помехами не бо­ рются, так как вследствие малой длительности они не влияют на телефонный разговор.

Поэтому основные электрические характеристики стан­ дартного телефонного канала рассмотрим с учетом его ис­ пользования для передачи данных.

Уровни передачи

В многоканальных системах сигналы, распространяясь по линии связи, затухают. Приемная аппаратура будет нормаль­ но функционировать только при определенном уровне сигнала. Минимальный уровень сигнала ограничивается требуемым превышением над уровнем помех, а максимальный — нелиней­ ными искажениями, взаимными помехами между каналами и энергетическими соображениями.

Для количественной оценки соотношений между мощностя­ ми, напряжениями и токами в канале проводной связи поль­

зуются логарифмическими единицами — неперами и децибе­ лами, называемыми уровнями передачи. Использование лога­ рифмических единиц измерений удобно, главным образом, тем, что позволяет заменять умножение сложением.

П

Уровни передачи различают

|де Z,. — сопротивление в рассматриваемой точке канала;

Z0— сопротивление при исходных значениях напряжения и тока.

Уровень сигнала в один непер соответствует перепаду на-

^ -г

пряжении, равному ~jj~ и перепаду мощностей, равному

Рх

‘а о- = е2 = 7,4 .

В настоящее время рекомендовано уровни передачи в ка­ налах связи измерять в децибелах:

Ри -•= Ю lg -р х~ (дБ ); Р„ = 20 lg - ц - (дБ) .

Переход от одних логарифмических единиц к другим про­ изводится с помощью следующих соотношений:

1 дБ = 0,115 Нп,

1 Нп = 8,68 дБ.

22

В зависимости от принятых исходных значений различают абсолютный (а) и относительный (о) уровни передачи.

Уровень передачи называется абсолютным, если за исход­ ные значения приняты следующие величины:

Л)=1 мВЛ (кажущаяся мощность); Р0=1 мВт=10~3Вт (активная мощность); £/0 = О,775 В; /о= 1,29 мА;

Z0 = 600 Ом.

Нетрудно видеть, что

Как видно из формулы (1.2), равенство абсолютных уров­ ней, т. е. Рыл = Р„.а = Р-г.з можно обеспечить в точках, где сопротивление Zx =600 Ом.

Абсолютный уровень передачи позволяет судить о величи­ не мощности сигнала в данной точке канала. Если в этой точ­ ке мощность Рх =1 мВт, то говорят о нулевом уровне. Если уровень положителен, то мощность в данной точке канала больше 1 мВт, если отрицательный, то Рх <1 мВт.

Уровень передачи называется относительным, если в ка­ честве исходных значений приняты мощность, напряжение или ток в начале канала (нч). Например, относительный уровень передачи по мощности можно записать как

где — мощность в начале канала.

Относительный уровень характеризует свойства самого ка­ нала связи. Так, если Ям.о > 0, то в канале до данной точки имеет место усиление сигнала; если же Рм.о < 0 — затухание.

Разность абсолютных уровней на входе Рт . вход и выходе Рт. выход. канала связи называется остаточным затуханием

По существующим кормам остаточное затухание телефон­ ных каналов должно лежать в пределах AbOi:T—0,8 | 1,0 Ни при частоте /=800 Гц (измерительная частота).

Для компенсации затухания в линиях дальней связи через определенные участки включают усилители. В этом случае ос-

23

таточиое затухание выразится как алгебраическая сумма за­

Остаточное затухание канала позволяет вычислить мощ­ ность па выходе канала по известной входной мощности. Дей­ ствительно, если в начале канала имеется мощность /JH4, а в конце — то остаточное затухание в неперах будет равно:

Частотная характеристика канала

Частотной характеристикой канала связи называется зави­ симость остаточного затухания от частоты (рис. 1.8). Частот­ ная зависимость А&ост объясняется целым рядом причин:

\V7?» )}>ПП) ГГ)>И! 177?7W>/ //WWW )}})Иft)i??)??7t?77777

Нис. l.tf

— неравномерностью затухания электрических фильтров в полосе пропускания;

24

—непостоянством частотной характеристики затухания линии связи;

—наличием искажений от обратных связей и т. л.

Для телефонного канала полоса частот, ограниченная час­ тотами, на которых отклонение остаточного затухания ЬЬ от его нормированного значения при / = 800 Гц (Мх-т.н —0,8-f- 1Нп) не превышает I Нп, называется эффективно передаваемой по­ лосой частот. На рис. 1.8 показана зависимость допустимых от­ клонений Дb для стандартного телефонного канала с эффек­ тивно передаваемой полосой частот 300—3400 Гц.

Реальная частотная характеристика должна находиться под нормированной характеристикой и пройти через точку, со­ ответствующую ДОост.к = 0 Нп для / = 800 Гц.

Амплитудная характеристика канала

Амплитудной характеристикой канала называется зависи­ мость остаточного затухания канала от входного абсолютного уровня сигнала Рвх на частоте /=800 Гц, или Рвм — / (Р0х>- Эта характеристика (рис. 1.9) определяет нелинейные свой­ ства канала. Нелинейные искажения возникают за счет нали­ чия в канале элементов, которые при определенных условиях

Рис. 1.9

становятся нелинейными. К ним относятся усилители, ограни чители амплитуд, преобразователи и др.

25

При отсутствии нелинейных элементов амплитудная харак­ теристика имела бы вид прямой, т. е. увеличение входного уровня сигнала Рвх приводило бы к пропорциональному возрастанию выходного уровня сигнала Рат и остаточное затухание не изменялось бы. Однако в действительности, на­ чиная с определенного входного уровня сигнала, выходной уровень возрастает не пропорционально входному.

Надо сказать, что даже существенные нелинейные искаже­ ния практически не снижают разборчивости речи и лишь не­ сколько ухудшают естественность ее звучания. Однако при пе­ редаче по каналу дискретной информации нелинейные искаже­ ния существенно влияют на ее достоверность.

Для стандартного телефонного канала перегиб амплитуд­ ной характеристики допустим при значениях абсолютного уровня сигнала на входе не менее +0,8 Нп.

Фазовая характеристика канала

Под фазовой характеристикой канала понимается зависи­ мость сдвига фаз « между колебаниями на входе и выходе ка­ нала от несущей частоты со .

Если фазовая характеристика линейна во всем спектре частот передаваемого сигнала, то последний будет передан

26

без искажений и появится на выходе канала через промежуток времени тгр, называемый временем группового распростране­ ния (рис. 1.10):

Время группового распространения — это промежуток вре­ мени от момента поступления сигнала на вход до момента по­ явления на выходе канала максимума энергии некоторой груп­ пы колебаний в достаточно узкой полосе частот спектра.

Если фазовая характеристика нелинейна, то групповое вре­ мя распространения будет зависеть от частоты и различные группы частотных составляющих сигнала поступят на выход канала в разное время, что приведет к искажению сигнала.

Следует отметить, что основной причиной возникновения фазовых искажений являются электрические фильтры. На ли­ нию связи приходится очень незначительная часть общей ве­ личины этих искажений.

Фазовые искажения измеряются отклонениями тгр гра­ ничных частот спектра сигнала от группового времени состав­ ляющих, расположенных вблизи измерительной частоты

800 Гц.

Для стандартных телефонных каналов должны выполнять­ ся условия:

Наибольшее влияние фазовые искажения оказывают на пе­ редачу дискретных сигналов. Поэтому в каналах, используе­ мых для их передачи, в качестве временной нормы принимает­ ся величина отклонения

где

"гр — групповое время распространения для любой составляющей эффективно передаваемой поло­ сы частот;

Тгр.мии — минимальное значение тгр в этой полосе.

В реальных каналах минимальная неравномерность Ат имеет место в средней части характеристики (рис. 1.10). По­ этому для передачи данных используется средний участок диа­ пазона канала, в котором Ат ^ л 250 мкс.

27

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

!.Что называется системой связи?

2.Из каких основных элементов состоит сеть связи?

3.Назовите структуры сети связи.

4.Какие функции выполняет узел коммутации?

5.По каким признакам могут классифицироваться узлы коммутации? в. Что называется линией и каналом связи?

7.Дать классификацию каналов связи.

8.По каким признакам классифицируются системы связи?

9.Дать определение системы передачи информации.

10.В чем состоит различие между системой передачи информации и системой связи?

И. Пояснить физические процессы, происходящие п системе передачи информации.

12.В чем состоит значение операций кодирования и модуляции r системе передачи информации?

13.Назовите основные показатели систем передачи информации.

14.Дать определение многоканальной СПИ.

15.В чем заключается сущность частотного н временного уплотнения каналов?

10. Какие виды СПИ используются в АСУ?

17.Для каких целей применяется телеграфная и фототелеграфная СПИ’1

18.Какие функции в АСУ выполняют телемеханические СГ1Н?

19.Дать определение системам передачи данных.

20.Навозите основные параметры кодов СПД.

21.Что является теоретической, основой СПИ?

22.Какие виды сигналов используются при передаче информации в АСУ?

23. Какие уровни передачи используются для оценки мощностей, токов

инапряжений каналов связи?

24.Что наьшается остаточным затуханием канала?

25.От чего зависит частотная характеристика канала?

23. Какая характеристика определяет нелинейные свойства канала связи?

27.Что называется фазовой характеристикой капала связи?

28.Какие требования предъявляются по групповому времени распро­ странения к каналам связи, используемым для телефонной и телскодовой связи?

28