Сигналы электросвязи и их основные характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сигналы электросвязи и их основные характеристики

Задачей техники многоканальной связи является одно- или двусторонняя передача на большие расстояния различного рода информации. Все виды информации, передаваемые с помощью средств электрической связи, можно разделить на две группы: сообщения и данные.

К сообщениям относится информация, воспринимаемая органами чувств одного или нескольких человек. Сообщениям свойственна так называемая избыточность, т.е. наличие в данной информации элементов, несущественных для правильного понимания ее содержания. Такие элементы могут быть отброшены без потери смысла передаваемой информации.

К данным относится информация, передаваемая в виде целесообразно выбранных символов, пригодных для машинной обработки, и бедная или не обладающая избыточностью.

Сообщения, передаваемые по каналам связи, преобразуются передатчиком в непрерывные (аналоговые) или дискретные (прерывистые) электрические сигналы или сигналы электросвязи (первичные сигналы). К последним относятся: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Телефонный (речевой) сигнал. Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа. Частота импульсов основного тона лежит в пределах от 50…80 Гц (бас) до 200…250 Гц (женский и детский голоса). Импульсы основного тона содержат большое число гармоник (до 40), причем их амплитуды убывают с увеличением частоты со скоростью приблизительно 12 дБ на октаву. При разговоре частота основного тона меняется в значительных пределах. Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Эти факторы определяют требования к телефонным каналам.

Основными характеристиками телефонного сигнала являются:

мощность телефонного сигнала Р_ТЛф. Согласно данным МККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии) средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым

Энергетический спектр речевого сигнала

информация передача связь телефонный

измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал поступают сигналы управления, набора номера, вызова и т.д. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, что соответствует уровню р_Ср = -15 дБм0;

коэффициент активности телефонного сообщения, т.е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25…0,35;

динамический диапазон телефонного сигнала - десять десятичных логарифмов отношения максимальной мощности к минимальной (или разность между максимальным и минимальным уровнями сигнала):

D = 10 lg (p_max /p_min) =р_тах-р_тin.

Для телефонного сигнала D = 35…40 дБ;

пик-фактор сигнала

Q = 10 lg (p_max /p_cp) или Q = p_max - p_cp),

который составляет Q = 14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой исчезающе мала, равна 2220 мкВт (+3,5 дБм0);

энергетический спектр речевого сигнала - область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала

в = 10 lg [П²(f) / П₀²]^. Д f,

где П² (f) - спектральная плотность среднего квадрата звукового давления; По-порог слышимости (минимальное звуковое давление, которое начинает ощущаться человеком с нормальным слухом на частотах 600…800 Гц); Дf =1 Гц. Из рис. 1.1 следует, что речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50…100 до 8000…10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300…3400 Гц. Эти частоты приняты МККТТ в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания;

количество информации речевого сигнала

I_p = з Д F log₂ (1 + P_p.cp / P_ш),

где ДF = 3100 Гц - эффективная ширина спектра речи; Р_p.cp = 88 мкВт - средняя мощность речевого сигнала на активных интервалах; т] = 0,25 - коэффициент активности; Р_ш - допустимая невзвешенная мощность шума (178000 пВт). Подставляя эти значения, получаем I_{p =}8000 бит/с.

Сигналы звукового вещания. Источником звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные инструменты пли голос человека.

Динамический диапазон сигналов вещательной передачи следующий: речь диктора 25…35 дБ, художественное чтение 40…50 дБ, вокальные и инструментальные ансамбли 45…55 дБ, симфонический оркестр до 65 дБ. При определении динамического диапазона максимальным считается уровень, вероятность превышения которого равна 2%, а минимальным-98%.

Средняя мощность сигнала вещания существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым измерительным уровнем средняя мощность составляет 923 мкВт при усреднении за час, 2230 мкВт - за минуту и 4500 мкВт - за секунду. Максимальная мощность сигнала вещания в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 8000 мкВт.

Частотный спектр сигнала вещания расположен в полосе частот 15…20000 Гц. При передаче как телефонного сигнала, так и сигналов вещания полоса частот ограничивается. Для достаточно высокого качества (каналы вещания первого класса) эффективная полоса частот должна составлять 0,05…10 кГц, для безукоризненного воспроизведения программ (каналы высшего класса) 0,03…15 кГц.

Количество информации сигналов вещания, при Д F = 10000 Гц, Р_СР = 923 мкВт и Р_п = 4000 пВт составляет I_вещ = 180000 бит/с.

Факсимильный сигнал. Факсимильной связью называется передача неподвижных изображений (рисунков, чертежей, фотографий, газетных полос и т.д.) по каналам электрической связи. Первичные факсимильные сигналы получают в результате электрооптического анализа, заключающегося в преобразовании светового потока, отражаемого элементарными площадками изображения, в электрические сигналы. В приемнике полученный электрический сигнал возбуждает какое-либо физическое воздействие, окрашивающее элементарные площади носителя записи, в результате чего получается копия передаваемого изображения.

Бланк с передаваемым изображением накладывается на барабан (Б) передающего факсимильного аппарата, На поверхность изображения проектируется яркое световое пятно, перемещающееся вдоль оси барабана. При вращении последнего под действием мотора (М) световое пятно по винтовой линии обегает его поверхность, осуществляя развертку изображения.

Отраженный световой поток воздействует на фотоэлемент (ФЭ), в результате чего в его цепи появляется изменяющийся во времени ток, мгновенное значение которого определяется оптической плотностью (отражающей способностью) элементов изображения.

В приемной части факсимильного аппарата принятый сигнал подается на безынерционную газосветную лампу (ГЛ). Пучок света от лампы фокусируется на поверхности светочувствительной бумаги, закрепленной на барабане приемного аппарата. Барабан вращается синхронно и синфазно с барабаном передатчика, световое пятно от, ГЛ перемещается вдоль его оси. В результате после проявления получается копия передаваемого изображения.

Частотный спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки и размерами анализирующего пятна. Максимальную частоту рисунка f_рис можно рассчитать, полагая, что оригинал представляет собой чередующиеся черные и белые полосы, перпендикулярные направлению развертки, причем ширина этих полос равна ширине анализирующего пятна. В этом случае

f_рис = рDN/120 d,

где D - диаметр барабана, мм; N - частота вращения барабана, об/мин; й - ширина анализирующего пятна, мм.

Параметры факсимильных аппаратов, рекомендуемые МККТТ: N=120, 90 и 60 об/мин; D = 70 мм и d =0,15 мм. Соответственно f_рис =1465 Гц при N=120 об/мин; f_рис =1100 Гц при N=90 об/мин; f_рис = 732 Гц при N = 60 об/мин. При передаче реальных изображений получается первичный сигнал сложной формы, энергетический спектр которого содержит частоты 0…f_рис. Динамический диапазон сигнала составляет приблизительно 25 дБ, пик-фактор равен 4,5 дБ при l=16 градациям яркости.

Информационную содержательность факсимильного сигнала определяют по формуле I_p = F_т log₂ l, полагая число уровней сигнала l=2 для штрихового изображения, l=16 для полутонового и F_т =2 f_рис. В результате расчетов f_факс = 2,93^. 10³ бит/с (l=2, N=120 об/мин) и f_max=11,7. 10³ бит/с (l=16, N=120 об/мин).

Телевизионный сигнал. При телевидении, как и при факсимильной связи, первичный сигнал формируется методом развертки.

Спектр телевизионного сигнала (видеосигнала) зависит от характеристик передаваемого изображения, но структура определяется в основном разверткой. Анализ показывает, что энергетический спектр телевизионного сигнала сосредоточен в полосе частот 0…6 МГц. Цветное телевидение должно быть совместимо с черно-Ослым, т.е. цветные передачи должны приниматься в виде черно-белых на монохромные телевизоры и черно-белые передачи - на приемники цветного изображения. Эти условия выполняются с помощью специальной обработки первичных сигналов.

Динамический диапазон телевизионных сигналов составляет приблизительно 40 дБ, пик-фактор 4,8 дБ, а информативность 80-10⁶ бит/с.

Телеграфные сигналы и сигналы передачи данных. Первичные телеграфные сигналы и сигналы передачи данных имеют вид последовательностей двухполярных или однополярных прямоугольных импульсов. Длительность импульсов определяется скоростью передачи В, измеряемой в бодах. Тогда величина Р_т=1/т_и называется тактовой частотой, которая численно равна скорости передачи В. График нормированного энергетического спектра О_п телеграфного сигнала показан на рис. 1.4, из которого видно, что основная энергия сигнала сосредоточена в полосе частот 0…Р_т. Понятия динамического диапазона, пик-фактора для таких сигналов не имеют смысла, а количество информации 1 тлг=<Рт.

Размещено на Allbest.ru