Лабораторная работа №10

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение некоторых характеристик канала ТЧ, методов их измерения и нормирования.

ЗАДАНИЕ

1.Изучить теорию вопроса.

2.Рассчитать и установить номинальные значения измерительных уровней

вконтрольных точках.

3.Измерить диаграмму уровней канала.

4.Измерить частотную характеристику остаточного затухания.

5.Измерить амплитудную характеристику канала.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Каналом передачи (transmission circuit) называют комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу сигнала электросвязи между сетевыми станциями, сетевыми узлами, между станцией и узлом, а также между сетевыми станцией или узлом и оконечным устройством первичной сети. Каналу присваивают название аналоговый или цифровой в зависимости от метода передачи сигнала электросвязи. Канал передачи, параметры которого соответствуют нормам ВСС РФ, называют типовым (typical transmission circuit). Типовой аналоговый канал передачи с полосой частот от 300 Гц до 3400 Гц называют каналом передачи тональной частоты (voice frequency transmission circuit) или просто каналом ТЧ. Он может быть образован как аналоговой, так и цифровой системами передачи. При наличии транзитов по ТЧ канал считают составным, при отсутствии транзитов - простым.

Канал электросвязи или канал переноса (telecommunication circuit, bearer circuit) - это путь прохождения сигналов электросвязи, образованный последовательно соединенными каналами и линиями вторичной сети при помощи станций и узлов вторичной сети, обеспечивающий при подключении к его окончаниям абонентских оконечных устройств (терминалов) передачу сообщений от источника к получателю. Каналу электросвязи присваивают названия в зависимости от вида вторичной сети связи, например,телефонный канал связи, телеграфный канал связи, канал передачи данных и т. п.

В состав канала ТЧ обычно входят усилители и другие устройства, способные передавать сигналы только в одном направлении. Поэтому отдельно взятый канал ТЧ является каналом одностороннего действия. Для обеспечения двусторонней передачи объединяют два встречных односторонних канала, образуя один канал двустороннего действия (дуплексный), называемый каналом ТЧ с четырехпроводным окончанием или четырехпроводным каналом ТЧ.

2

Местные телефонные сети являются двухпроводными: передача сигналов от абонента до ближайшего узла(на "последней миле")осуществляется по одной паре медных проводников. Поэтому возникает необходимость формирования у канала ТЧ двухпроводного окончания. Такой канал получил наименование канала ТЧ с двухпроводным окончанием или двухпроводного канала ТЧ. Для его построения на обеих сторонах включают специальные мостовые схемы, называемые оконечными дифсистемами.

Характеристики каналов ТЧ жёстко регламентированы, их соответствие действующим нормам гарантирует необходимое качество передачи сигналов электросвязи как телефонных, так и нетелефонных. Существует более двадцати нормируемых характеристик. Прежде чем дать определения и привести принципы нормирования некоторых из них, рассмотрим определения логарифмических единиц - уровней передачи, которые повсеместно используют при измерении и нормировании характеристик каналов.

Уровни мощности и напряжения сигнала или любого другого электрического колебанйя определяют следующим образом:

= 10lg( ⁄ 0)и = 20lg( ⁄ 0),

где Рx и Uх - величины мощности и напряжения в некоторой точке х канала,

уровни которых определяются. Обычно имеются в виду действующее (эффективное) значение напряжения и полная мощность, равная произведению действующих значений напряжения и тока. Р0 и U0 - величины мощности и

напряжения, принятые за "опорные", - такие, относительно которых рассчитывают уровни.

Из определения видно, что уровни выражаются безразмерными величинами. Тем не менее, им присваивают условную размерность, называя децибелами, дБ, в честь изобретателя телефона Александера Белла. В прошлом за единицу измерения уровня был принят непер, Нп, определяемый через натуральный или неперов логарифм (по имени математика семнадцатого века, не имевшего, впрочем, никакого отношения ни к электросвязи, ни к натуральным логарифмам).

Заметим, что 1Нп = 20⁄ 10 ≈ 8,868, дБ

Уровни мощности и напряжения одного и того же сигнала в одной и той же точке взаимосвязаны:

и Рx. Очевидно, что при |Zx |= |Z0| уровни мощности и напряжения численно совпадают.

По известным значениям уровней можно найти величины мощности и напряжения сигнала:

3

= 0 (0,1 ), = 0 (0,05 ).

В зависимости ог того, как именно выбраны величины Р0 и U0, различают абсолютные, относительные и измерительные уровни. Если Р0=мВ*А, а

0 ≈ 0,775В, то соответствующие уровни называют абсолютными и обозначают соответственно дБм и дБн. При этом |Z0|= 600 Ом, откуда и получается 0 =

√ 0 0 = √0,6 ≈ 0,7745966В.Обычно все сопротивления полагают активными, а поэтому полная мощность равна активной, выраженной в мВт.

Измерительным уровнем называют абсолютный уровень в точке х при подключении ко входу канала генератора гармонического колебания с абсолютным уровнем и частотой, рекомендованными при выполнении измерений. Для канала ТЧ измерительная частота составляет 1020 Гц. В сравнительно недалеком прошлом использовалась частота 800 Гц. Измерительный уровень на входе канала ТЧ с двухпроводным окончанием обычно составляет 0 дБм, несмотря на то, что МККТТ рекомендует уровень минус 10 дБм.

При определении относительного уровня в принципе можно использовать любые значения "опорных" величин. Тем не менее, на практике в качестве Р0

выбирают значение мощности, подводимой ко входу канала ТЧ с двухпроводным окончанием. Тогда относительный уровень входного сигнала всегда будет равен нулю, а значение относительного уровня в точке х окажется численно равным усилению по мощности участка канала от его начала до точки х. Очевидно, что отрицательное значение относительного уровня соответствует ослаблению (затуханию) сигнала. Относительный уровень может быть найден как разность абсолютных уровней в точке х и на входе канала :

0max = − 0.

Относительный уровень численно равен измерительному в любой точке канала, если в качестве входного измерительного уровня принят нулевой.

Важное значение при нормировании характеристик сигналов, помех, а также устройств обработки сигналов имеет понятие точки нулевого относительного уровня, ТНОУ. Формально эта точка соответствует входу канала ТЧ с двухпроводным окончанием. Значения абсолютных уровней, а также - мощностей сигналов или помех, определённые или нормированные в ТНОУ, обозначают дБм0, дБн0, мВт0, пВт0п.

Для измерения абсолютных уровней используют специальные приборы, называемые измерителями уровней. Они по существу представляют собой электронные вольтметры (селективные и широкополосные), шкалы которых проградуированы в децибелах относительного напряжения 0,775 В. Следовательно, такие приборы измеряют абсолютные уровни напряжения. Если сопротивления в контрольных точках равны 600 Ом, то уровни мощности и напряжения численно совпадают, в противном случае необходим пересчёт,

4

обеспечить возможность измерения уровней на номинальной нагрузке ("вразрез"), указатели уровня оснащают внутренними резисторами, которые могут включаться параллельно высокоомному входному сопротивлению вольтметра. Номиналы резисторов соответствуют наиболее часто встречающимся в электросвязи сопротивлениям: 600 Ом, 150 Ом, 135 Ом, 75 Ом.

Рассмотрим теперь некоторые характеристики канала ТЧ. Его вход и выход выполняют уравновешенными относительно "земли" (корпуса), что позволяет

этих сопротивлений от номинала, составляет не менее 17 дБ на передаче и 20 дБ на приёме (для четырехпроводного окончания). Здесь Zн и Zp - соответственно

номинальное и реальное входные сопротивления.

Рис. 1

Измерительные уровни на входе и выходе канала соответствуют:

вхк = 0дБм0, выхк = −7дБм для двухпроводного канала;вхк = −13дБм0, выхк = 4дБм для четырехпроводного канала.

Отсюда следует, что остаточное затухание Аост = 7 дБ для двухпроводного канала; Аост = -17 дБ для четырехпроводного канала. Максимальная

погрешность установки остаточного затухания составляет ± 0.5 дБ, а его эксплуатационное отклонение не должно превышать ± 2.2 дБ с вероятностью

0.95.

5

Одной из важнейших характеристик канала ТЧ является диаграмма уровней, представляющая собой график распределения относительных уровней мощности в канале. Вполне допустимо говорить и о диаграмме измерительных уровней, поскольку, во-первых, именно она является результатом измерений, вовторых, относительные уровни совпадают с измерительными при нулевом абсолютном уровне в ТНОУ.

Частотная характеристика остаточного затухания канала ТЧ или его амплитудно-частотная характеристика АЧХ представляет собой зависимость остаточного затухания от частоты в диапазоне (0,3… 3,4) кГц, который называют эффективно передаваемой полосой частот. Нормируют при помощи специального шаблона не саму АЧХ, а величины отклонения остаточного затухания от значения на измерительной частоте 1020 Гц: ост( ) = ост( ) =ост( = 1020Гц). Идеальная АЧХ - прямая линия, параллельная оси частот:

ост( ) = ост( = 1020Гц), ост( ) = 0. Канал с идеальной АЧХ не вносит амплитудно-частотных искажений. АЧХ реального канала всегда отличается от

идеальной, однако если график зависимости ост( )проходит внутри поля допусков, то считают, что его АЧХ соответствует норме. На рис. 2 приведены нормы для простого каната ТЧ.

Aост, дБ

1,4

0,8

0,6

Рис. 2

Амплитудной характеристикой АХ называют зависимость уровня на выходе какала от уровня на его входе или зависимость остаточного затухания канала от входного уровня. При измерениях используют гармоническое колебание с частотой 1020 Гц. Идеальная АХ представляет собой прямую линию, проходящую под углом 45° (при одинаковых масштабах по осям координат):

6

увеличение уровня на входе канала на 1 дБ приводит к точно такому же изменению уровня на выходе канала. Отсюда следует, что остаточное затухание канала с идеальной АХ не зависит от входного уровня. Канал с идеальной АХ не вносит нелинейных искажений. При больших уровнях АХ резко отклоняется от идеальной из-за наличия ограничителя амплитуд в канале.

ост(рвхк) = ост(рвхк) − ост( вхк = −10дБм0).

На рис. 3 приведен шаблон для простого канала ТЧ.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Исследуемый канал ТЧ образован при помощи двухполосной двухпроводной аналоговой многоканальной системы передачи. Его структурная схема показана на рис. 4. Двухпроводный вход канала (ТНОУ) соответствует точке 1 макета. Транзитный удлинитель (ТУ) имеет затухание 3,5 дБ. Он улучшает балансировку дифсистемы (ДС), препятствует возникновению на её входе таких экстремальных ситуаций, как холостой ход или короткое замыкание, ослабляет отраженные сигналы, возникающие из-за неполного согласования линии с абонентской установкой. При двухпроводном транзите два внутренних удлинителя исключаются из соединения, обеспечивая тем

самым сохранение номинала остаточного затухания составного канала 7 дБ (отсюда и название: транзитный удлинитель).

Оконечная дифференциальная система (ДС) канала ТЧ обеспечивает переход от четырехпроводного окончания к двухпроводному. БК - балансный контур, необходимый для балансировки дифсистемы. Сбалансированная ДС вносит большое затухание между направлениями приёма и передачи, ослабляя

7

тем самым паразитную обратную связь в дуплексном канале.

Ограничитель амплитуды (ОА) защищает групповой тракт от перегрузок, способствуя уменьшению переходной помехи нелинейного происхождения. .

Модулятор М вместе с полосовым фильтром ПФ формирует однополосный канальный сигнал без несущей. Канальные сигналы с выходов ПФ остальных каналов (на схеме не показаны) объединяются, усиливаются групповым усилителем УС1 и, пройдя через направляющий фильтр НФ и линейный трансформатор ЛТ, поступают в линию связи (ЛИН).

На приёмной стороне принятый из линии многоканальный сигнал проходит через линейный трансформатор, направляющий фильтр, усиливается групповым усилителем УС2. Полосовые фильтры (показан только один из них) разделяют групповой сигнал на индивидуальные канальные сигналы. С помощью демодулятора (Д) и ФНЧ осуществляется перенос спектра канального сигнала в тональный диапазон (0,3... 3,4) кГц.

Сигнал с выхода ФНЧ усиливается усилителем низкой частоты УСЗ и, пройдя через дифсистему и транзитный удлинитель, поступает на выход канала. Резистор RH = 600 Ом обеспечивает' его согласованную нагрузку.

Все усилители снабжены регуляторами усиления РУ1, РУ2, РУЗ, позволяющими изменять величины их усилений в достаточно широких пределах.

8

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Расчет и установка номинальных значений измерительных уровней в контрольных точках.

Включите макет канала и измерительные приборы: генератор ГЗ-ЗЗ и милливольтметр B3-38, служащий измерителем уровня. Установите переключатель пределов шкал генератора в положение 1В (0 дБ), выходное сопротивление 600 Ом, выключите внутреннюю нагрузку. Соедините выход генератора со входом канала, установите частоту 1020 Гц и нулевой уровень. Последний контролируют с помощью измерителя уровня (милливольтметра), включенного параллельно выходным клеммам генератора. Подключите измеритель уровня к выходу УС1 (КТ7) и при помощи РУ1 установите требуемую величину уровня.

Внимание! Числа, нанесённые на лицевую панель макета, - это уровни мощности и сопротивления в контрольных точках. Между тем милливольтметр измеряет абсолютные уровни напряжения. Поэтому вначале следует рассчитать соответствующий уровень напряжения, а уж затем - установить его, ориентируясь на показания милливольтметра.

Аналогично устанавливают уровни на выходе УС2 (КТ13) и на выходе канала (КТ 19).

После установки уровней в контрольных точках без нужды не трогайте регуляторы усиления при выполнении всех остальных заданий.

2. Измерение диаграммы уровней.

Диаграмму уровней измеряют при помощи милливольтметра, последовательно подключая его к контрольным точкам КТ1... КТ 19. Результаты измерения уровней напряжения заносят в табл. 1, рассчитывают уровни мощности и строят диаграмму, нанеся эти уровни на график в виде точек и соединив их прямыми линиями. Диаграмму уровней совмещают со схемой канала.

3. Измерение частотной характеристики остаточного затухания.

Проверьте, что уровень на входе равен 0 дБм0, а уровень на выходе — минус 7 дБм. Снятие АЧХ сводится к измерению уровней на выходе канала на различных частотах тонального диапазона (0,3... 3,4) кГц. По результатам измерений рассчитывают величины ост( )и ост( ), заносят их в табл. 2 и строят график последней зависимости, соединяя экспериментальные точки плавной кривой. На графике обязательно указывают допустимые отклонения АЧХ (см. рис.2).

Внимание! Допустимые отклонения АЧХ от идеала весьма малы, особенно в средней части тонального диапазона. Поэтому важно:

•контролировать нулевой уровень на входе канала на каждой частоте, так как возможен его дрейф;

•выполнять измерения с максимально возможной точностью, лучше дватри раза с последующим усреднением результатов.

10