3.11. Корреляционная функция (а) и

спектральная плотность мощности (б) телеграфного сигнала

Спектральная плотность мощности случайного телеграфного сигнала согласно (3.22) равна

Каждый из интегралов вычислим по отдельности:

;

.

Окончательно имеем:

.

Так как циклическая частотаможно получить:

. (3.25)

С учетом первого замечательного предела , на нулевой частоте значение спектральной плотности мощности равно. Нули функциибудут в точках, когда(целое число). График спектральной плотности мощности синхронного телеграфного сигнала приведён на рисунке 3.11,б.

Спектральная плотность мощности виде (3.25) широко применяется в качестве моделей сигналов в цифровых системах многоканальной (в том числе широкополосной) связи.

3.3. Основные параметры первичных сигналов электросвязи

Как правило, сигналы электросвязи имеют электрическую природу происхождения, поэтому измеряются в единицах напряжения [Вольт], тока[Ампер], мощности[Ватт]. Эти характеристики являются физическими параметрами сигналов. Наряду с физическими значениями параметров первичных сигналов в технике электросвязи используется относительные единицы, выражающиеся в логарифмической форме, которые называется уровнями передач. Уровни передач измеряют в децибелах [дБ]. Различают следующие уровни передач:

1) по мощности , (3.26)

где значение мощности в точке измерения,исходное значение мощности.

2) по напряжению , (3.27)

где значение напряжения в точке измерения,исходное значение напряжения.

3) по току , (3.28)

где значение напряжения в точке измерения,исходное значение напряжения.

Уровни передачи классифицируются в зависимости от выбора исходных значений мощности , напряженияи тока.

Если за исходные величины приняты соответственно mВт, В,mА, то уровни передачи называют абсолютными и обозначают [дБм], [дБн], [дБт]. При этом значения получены в предположении, чтовыделяется на сопротивленииОм.

При проверке трактов (каналов передачи) пользуются понятием измерительных уровней. Измерительные уровни называют абсолютные уровни, которые устанавливаются в исправном и отрегулированном тракте при подаче на его вход гармонического сигнала с амплитудой и частотой, рекомендованными для измерения этого тракта. Значения измерительных уровней указываются в техническом паспорте тракта.

Иногда в качестве исходных величин принимают значения , установленные в начале тракта (или точке, характеризующей начала тракта). Тогда, вычисленные по формулам (3.26)(3.28) уровниназываютотносительными и обозначают соответственно [дБом], [дБон], [дБот]. Эти уровни используют при измерениях передаточных характеристик трактов.

Уровень передачи будет положителен, если соответствующие значения в измеренной точке больше, чем в отсчетной, отрицателен, если меньше, и нулевым, если равны.

Помимо характеристик первичных сигналов, описанных в предыдущих параграфах, важными также являются:

1. Длительность первичного сигнала T_c– определенный интервал времени, в пределах которого существует сигнал, т.е. тождественно не равен нулю.

2. Средняя мощность P_ср– усреднение результатов измерений за некоторый промежуток времени :

P_ср = ,

где R– сопротивление нагрузки;– время усреднения (= 1 мин – среднеминутная,= 1 час – среднечасовая;>> 1 час – долговременная).

3. Максимальная мощность – это мощность эквивалентного гармонического сигнала с амплитудой , которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей первичного сигнала с определенной, достаточно малой вероятностью().

Средняя и максимальная мощности должны быть такими, чтобы при прохождении по каналу передачи не превышались допустимые значения, обеспечивающие неискаженную передачу сигнала.

4. Минимальная мощность мощность эквивалентная гармоническому сигналу с амплитудой , которая превышается мгновенными значениями составляющих сигналас достаточно большой вероятностью (обычно принимают ).

5. Динамический диапазон – характеризует возможный разброс мощностей первичного сигнала в конкретной точке канала:

, [дБ].

6. Пик-фактор – превышение максимальной мощности над средней мощностью:

, [дБ].

7. Защищенность первичного сигнала электросвязи превышение средней мощностиP_срнад средней мощностью флуктуационной помехи:

,[дБ].

8. Эффективно передаваемая полоса частот (диапазон частот в пределах которого сосредоточена основная энергия сигнала):

, [Гц]

.

Так, эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ) для гармонического сигнала (рисунок 3.4) практически равна нулю (она определяется уходом базовой частоты от номинального значениядевиацией частоты). ЭППЧ телеграфного сигнала равна(см. рисунок 3.11,б). ЭППЧ устанавливается экспериментально, исходя из требований качества передачи для конкретного вида первичного сигнала.

9. Эффективная ширина энергетического спектра сигнала (равна длине основания прямоугольника, площадь которого равна площади фигуры, заключённой под кривой, а высота – значению максимальной плотности мощности сигнала), т.е.

, [Гц].

10. База сигнала равна произведению длительности сигналана эффективно передаваемую полосу частот

, [б/р].

База сигнала позволяет оценивать степень его сложности, т.е. приближение формы сигнала к шумоподобному виду (при сигнал является сложным).

11. Объем первичного сигнала

V_с = D_c T_c ∆F_c, [дБ].

12. Потенциальный информационный объем – это количество информации, передаваемой в единицу времени

, [бит/с],

где η– коэффициент активности источника первичного сигнала (η=1 – для обычного,η=0,25 – для телефонного сигнала). Коэффициент активностиηравен отношению времени, в течении которого мощность сигнала на входе канала превышает заданный порог (minзначение), к общему времени занятия канала.

К первичным сигналам электросвязи можно отнести речевой телефонный сигнал, сигналы звукового вещания, факсимильный и телевизионные сигналы, а также сигналы передачи данных (телеграфные сигналы).

Телефонные сигналыпредставляют последовательности речевых импульсов, отделённых друг от друга паузами. Импульсы соответствуют звукам речи, произносимых слитно, и весьма разнообразны по форме и амплитуде. Длительность речевых импульсов составляет 100…150мс, длительность пауз – от нескольких миллисекунд (межслоговые паузы) до нескольких минут и более.

Частотный спектр речевого сигнала очень широк. Однако экспериментально было установлено, что для передачи с достаточно высоким качеством (удовлетворительной натуральностью и разборчивостью слог 90% и фраз 99%) можно ограничиться полосой частот 300…3400 Гц. Средняя мощность телефонного сигнала составляет 88мкВт без учёта пауз и 32мкВт с учётом пауз с вероятностью . Другие параметры телефонного сигнала приведены в Таблице 3.1.

Сигналы звукового вещанияпо своему характеру близки к речевым сигналам, но имеют значительно меньше пауз, а энергия отдельным импульсов (особенно музыкальных) значительно выше. Частотный спектр каналов звукового вещания первого класса составляет 50…10000Гц. Динамический диапазон: речь диктора до 35дБ; художественное чтение до 50дБ; музыкальные и хоровые ансамбли до 55дБ; симфонический оркестр до 65дБ. Средняя мощность сигналов звукового вещания усредняется по секундам, минутам и часам и составляет соответственно 4500, 2230, 923 мкВт. Помехозащищённость каналов звукового вещания должна быть не хуже 42дБ.

Факсимильные сигналыпредназначены для передачи неподвижных изображений. Они получаются в результате преобразования светового потока, отражаемого элементами изображения в электрические сигналы.

При передаче штриховых изображений (состоящих из чёрных и белых элементов) факсимильный сигнал состоит из униполярных импульсов различной длительности, но одинаковой амплитуды. Полоса частот факсимильного сигнала сосредоточена от нуля до 250Гц. Помехозащищенность не хуже 35дБ.

Телевизионные сигналы (предназначены для передачи подвижных изображений) состоят из суммы сигналов яркости (изображения), аналогичных полутоновым факсимильным сигналам, сигналов цветности и синхросигналов (определяют начало строчной и кадровой) развёрток. Общий частотный диапазон составляет 6,5 МГц. Основная энергия сигналов яркости сосредоточена в полосе частот до 1,5 МГц. Защищенность сигнала яркости от функциональных помех должна быть не менее 48 дБ. Динамический диапазон телевизионного сигнала равен 40 дБ. Пик-фактор не превышает 4,8 дБ. Потенциальный информационный объем равен 86 Мбит/с.

К классу телевизионного сигнала также относятся сигналы видеотелефонии. Полоса частот здесь намного уже – составляет всего 1,2 МГц.

Сигналы передачи данных (телеграфные сигналы)порождается первичным цифровым (дискретным) сообщением (кодом), используемых в вычислительной технике, цифровых системах связи. Они представляют последовательность прямоугольных импульсов (однополярных и разнополярных). Временная диаграмма телеграфного сигнала приведена на рисунке 3.9.

К параметрам телеграфных сигналов относят:

• Значащая позиция (ЗП) – возможное значение цифрового сигнала значения. Для бинарного кода: ЗП=0 и ЗП=1;

• Временной момент смены ЗП – значащий момент ЗМ;

• Часть цифрового сигнала, соответствующая одному разряду кодовой комбинации передаваемого сообщения, называется единичным элементом.

Длительность единичного элемента называется единичным интервалом (см. рисунок 3.9). Интервал между двумя соседними ЗМ называется значащим интервалом. При передаче цифровых вводится понятие скорости модуляции (скорости телеграфирования, скорости передачи данных) равнойB= 1/T [Бод]. Скоростью модуляции называется количество единичных элементов, передаваемых в одну секунду. ЧисленноBи скорость передачи информации могут совпадать в двоичном канале при отсутствии помех и при условии равновероятной передачи символов.

Для оценки ширины спектра телеграфного сигнала целесообразно привлечь модель идеального «синхронного телеграфного сигнала». Энергетический спектр идеального синхронного телеграфного сигнала описывается выражением (3.25). Спектр идеального телеграфного сигнала бесконечен. Большая энергия сосредоточена в первом лепестке: ∆F=B, гдеB= 1/T.Защищенность от помех должна быть на хуже 12 дБ.Главное требование, предъявляемое к телеграфным сигналам, чтобы вероятность ошибок при их приёме была близка к нулю.

Таблица 3.1. Основные значения параметров первичных сигналов

56