2. Основные характеристики сообщений и каналов связи для их передачи

2.1. Общие понятия

Современные системы радиосвязи предназначены для передачи различных видов сообщений: телефонных, телеграфных, факсимильных, телевизионного и звукового вещания, данных и др. Все виды сообщений являются случайными функциями времени. Наиболее полной характеристикой случайного процесса является -мерный закон распределения, т.е. распределение его значений для произвольно выбранных моментов времени. Для решения многих практически важных задач достаточно знать более простые характеристики сообщения: ширину спектра частот и энергетические параметры. Ширина спектра частот определяется как , где и – соответственно верхняя и нижняя частота в спектре сообщения.

Основными энергетическими параметрами сообщения являются средняя и пиковая мощности, пик-фактор, динамический диапазон.

Средняя мощность сообщения мВт определяется путем усреднения результатов измерений за большой промежуток времени (например, за один час).

При расчетах и настройке систем связи значение любой мощности удобно выражать в виде уровня мощности, т.е. в относительных единицах – децибелах, вычисленных относительно некоторой мощности, , называемой эталонной. Тогда

.

Если мВт, то называют относительным уровнем мощности и обозначают дБм.

Уровень средней мощности сообщения, дБм,

.

Пиковая мощность. Под пиковой мощностью , мВт, понимают значение мощности сообщения, передаваемое в времени. Уровень пиковой мощности определяется как

.

Пик-фактором называется отношение пиковой мощности к средней мощности, выраженное в децибелах:

.

Разделив числитель и знаменатель на , с учетом (1.2) и (1.3) получим

.

Динамический диапазон. Под динамическим диапазоном понимается отношение пиковой мощности к минимальной мощности сообщения . Динамический диапазон принято выражать в децибелах:

.

После деления числителя и знаменателя на получаем

.

2.2. Каналы связи

Каналом связи называется совокупность технических устройств, которые обеспечивают передачу сообщений от источника информации до потребителя. Каналы связи характеризуются шириной полосы пропускания, динамическим диапазоном, остаточным затуханием и отношением мощности (или напряжения) сообщения к мощности (или напряжению) шумов на выходе.

Ширина полосы пропускания – эффективно передаваемая полоса частот. Граничные частоты полосы определяются на уровне 6 и 8,7 дБ относительно затухания на частоте, принятой в качестве измерительного сигнала.

Динамический диапазон канала – выраженная в децибелах величина

, где и – соответственно допустимые значения максимальной и минимальной мощности в канале.

Остаточное затухание канала (или усиление) – представляет собой рабочее затухание канала при подключении к нему нагрузок, равных его номинальному входному и выходному сопротивлениям

.

Здесь и – соответственно уровни сигнала на входе и выходе канала. Если , то канал вносит затухание. При канал дает усиление.

Относительные уровни. Относительный уровень определяется путем сравнения мощности в рассматриваемой точке к мощности на входе канала

, где – относительный уровень на входе канала. Точка тракта, где называется точкой нулевого относительного уровня.

График, показывающий изменение относительного уровня измерительного сигнала при прохождении его по каналу связи, называется диаграммой уровней.

Помехи в каналах связи. Помехи в каналах связи принято характеризовать либо отношением мощности (или напряжения) сообщения к мощности (или напряжению) помех, либо величиной мощности (напряжения) помех на выходе канала в точке с нулевым относительным уровнем. Последняя применяется, в основном, для телефонных каналов.

В каналах, предназначенных для передачи телефонных сообщений, вещания и телевизионных изображений, принято определять взвешенную мощность помех. Из-за различия слухового восприятия человека на различных частотах, мешающее действие помех с разными частотами также будет проявляться по разному. На рис.2.1 представлена усредненная по большому количеству измерений относительная степень воздействия помех на различных участках спектра

Рис. 2.1. Характеристики затухания взвешивающих фильтров:

а) псофометрических фильтров для телефонной связи (кривая 1) и вещания (кривая 2); б) визиометрического фильтра

Анализ графиков показывает, что помехи в области 1000 Гц воспринимаются сильнее, чем помехи в других областях. Если выполнить электрический фильтр, коэффициент передачи которого соответствует кривой 1, то при измерении мощности помех с энергетическим спектром , прошедших через такой фильтр, получим величину мощности помех, называемую «взвешенной». Эта мощность аналогична той, что получается при слуховом восприятии. Таким образом, взвешенная мощность помех

.

Здесь Гц, Гц – граничные частоты взвешивающего фильтра; – сопротивление измерительного прибора, согласованного с фильтром.

Затухание взвешивающего фильтра должно удовлетворять условию

,

где – коэффициент передачи по напряжению на частоте 800Гц; – коэффициент передачи на частоте F. На рис. 2.1 приведены характеристики затухания и взвешивающих фильтров, используемых при измерениях в каналах вещания и телевидения.

При расчетах взвешенной мощности помех обычно применяют взвешивающие коэффициенты, определяемые по формуле

.

Взвешивающие коэффициенты при измерениях в телефонных и вещательных каналах называют псофометрическими и обозначают . Коэффициент для телевизионного канала называется визиометрическим и обозначается .

Зная псофометрический коэффициент и среднюю мощность шума на выходе телефонного канала , можно вычислить псофометрическую мощность шума.

Для телефонных каналов (-2,5дБ), для вещательных каналов с полосой 50Гц-10000Гц (+6дБ), для телевизионных систем (-9,2дБ). Для шумов со спектром треугольной формы, которые наблюдаются в системах связи с использованием ЧМ (-17,7 дБ).