Лекция. Виды сигналов и помех в телекоммуникационных системах

Цель лекции: Понятие о первичных сигналах электросвязи. Область применения и основные характеристики. Параметры первичных электрических сигналов

Содержание:

- сигналы телефонирования;

- сигналы звукового вещания;

- факсимильные сигналы;

- сигналы телевизионного вещания.

В настоящее время системы электросвязи предназначены для передачи следующих первичных сигналов: телефонирования, звукового вещания, телеграфирования и передачи данных, факсимильных, телевизионного вещания. Рассмотрим основные параметры и характеристики этих сигналов.

Сигналы телефонирования представляют собой последовательности речевых импульсов, отделенных друг от друга паузами. Речевые импульсы соответствуют звукам речи, произносимым слитно, и весьма разнообразны по форме и амплитуде. длительности отдельных импульсов также отличаются друг от друга, но обычно они близки к 100...... 150 мс. Паузы между импульсами изменяются в значительно большем диапазоне: от нескольких миллисекунд (междуслоговые паузы) до нескольких минут или даже десятков минут (паузы при выслушивании ответа собеседника).

Частотный спектр речевого сигнала очень широк, однако экспериментально было установлено, что для передачи с достаточно высоким качеством (с удовлетворительной натуральностью и разборчивостью слогов — 90 % и фраз — 99 %) можно ограничиться полосой частот 0,3...З,4 кГц.

Рисунок 27.1. Плотность вероятности динамических уровней телефонного сигнала и его динамический диапазон

Величина пикфактора сигнала при этом равна

Отношение у тф = 10lg(P тф/ Р изм), дБм0 называется динамическим уровнем (волюмом) ТФ сигнала. В этом выражении Р изм — мощность измерительного сигнала в точке тракта, где проводится исследование. Согласно рекомендациям МСЭ-Т волюмы измеряются специальным прибором (волюмметром), обеспечивающим квадратичный закон суммирования колебаний различных частот, имеющим логарифмическую шкалу (в децибелах) и постоянную времени (время интегрирования) Т н = 200 мс. Статистическими исследованиями установлено, что распределение волюмов подчиняется гауссовому закону со средним значением у тфср= -12,7 дБм0 и среднеквадратическим отклонением σу, = 4,3 дБ (рис. 27.1.).

где W (у) — плотность распределения волюмов, у тфср - среднее значение волюма, а σу - его среднеквадратическое отклонение.

Уровень P тф ср, соответствующий средней мощности в ТНОУ может быть найден в результате перехода от среднего логарифма к логарифму среднего по формуле

тогда P тф ср = 1· 100,1(-10,57) = 88 мкВт0 — средняя мощность ТФ сигнала в ТНОУ без учета пауз.

Влияние пауз учитывается посредством коэффициента активности К а источника сигнала. Он равен отношению времени, в течение которого уровень сигнала на его выходе превышает установленное пороговое значение (обычно —40 дБм0), к общему времени разговора. для ТФ сигналов К а = 0,25. Тогда средняя мощность ТФ сигнала с учетом пауз P тф ср п= К а P тф ср + 10 = 32 мкВт0 (—15 дБмО), где второе слагаемое правой части,

равное 10 мкВт0, вводится согласно рекомендациям МСЭ-Т, как поправка на повышенную мощность сигналов, сопровождающих ТФ разговор (служебные переговоры персонала и СУВ, передаваемые по тому же каналу). С учетом выражения (27.1) несложно определить и максимальный уровень Р тф макс, соответствующий максимальной мощности Р тф макс и напряжению ограничения U огр

для сигналов, передаваемых по каналам ЦТС принимают обычно Р тф макс равным +3 дБм0, а для сигналов, передаваемых посредством аналоговых систем передачи - +3,5 дБмО. В последнем случае максимальная мощность Р тф макс очевидно будет равна 2220 мкВт0.

Минимальным считается волюм, меньше которого волюмы появляются с вероятностью ε≤10-3. Воспользовавшись таблицами интеграла вероятности, определим минимальную величину волю- ма, которая оказывается равной

Очевидно, что уровень Р тф мин соответствующий минимальному сигналу, будет на величину пикфактора ниже у тф Таким образом, динамический диапазон сигнала D с тф, с учетом формул (27.1) и (27.2), составит величину (рисунок 27.3)

Сигналы звукового вещания (ЗВ) по своему характеру близки к речевым телефонным сигналам, поэтому их отличия от последних носят, в основном, количественный характер. Частотный спектр сигналов ЗВ ограничивают без заметного снижения качества передачи полосой частот 0,03... 15 кГц для каналов высшего класса и полосой частот 0,05...10 кГц для каналов первого класса. Сигналы Зн по сравнению с телефонными имеют значительно меньше пауз, а энергия отдельных импульсов, особенно музыкальных, существенно превышает энергию речевых импульсов сигналов ТФ. Поэтому средняя мощность сигналов ЭВ намного больше средней мощности ТФ сигналов. Нормируются среднесекундная, среднеминутная и среднечасовая мощности Р звср равные соответственно 4500, 2230 и 923 мкВт0. Максимальная мощность определяется при вероятности превышения ε= 0,02 и составляет 8000 мкВт0. Минимальная мощность рассчитывается при вероятности превышения (1 - ε) = 0,98.

Так, для канала первого класса он равен 0,5, т.е. мощность невзвешенной помехи может достигать 16000/0,52=64000пВт0, следовательно, помехозащищенность сигналов ЗВ должна быть не хуже

Таким образом, потенциальная информационная емкость сигнала ЗВ первого класса может достигать

Факсимильные сигналы (сигналы передачи неподвижных изображений) получаются в результате преобразования светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрические сигналы. Предполагается, что полоса частот такого сигнала находится в пределах 0.. F р, причем F р - частота рисунка —связана с длительностью самого короткого импульса т соотношением F р = 1/2 τи. В свою очередь, τи, определяется диаметром светового пятна d c и скоростью развертки ‚Vp(скорость перемещения светового пятна по рисунку): τи = d c/ Vp. При передаче документов выбирают d c = 0,15 мм и Vp <440 мм/с, тогда τи = 0,34 мс, а F р =1 500 Гц. При передаче газетных полос d c <0,06 мм, а Vp< 30 м/с. Частота при этом достигает 250 кГц.

Помехозащищенность сигналов ФС Апз фс (отношение амплитуды сигнала к действующему напряжению флуктуационной помехи) принимается равной 35 дБ. При передаче штриховых изображений потенциальная информационная емкость сигналов ФС

При передаче полутоновых изображений в копиях должны различаться 16 градаций яркости, при этом динамический диапазон сигнала

Сигналы телевизионного вещания (ТВ) состоят из суммы сигналов яркости (изображения), аналогичных полутоновым сигналам ФС, сигналов цветности и так называемой «синхросмеси» — комбинации импульсов синхронизации строк и полукадров и импульсов гашения обратного хода луча. Частота рисунка Fp сигналов яркости может быть подсчитана исходя из того, что число элементов изображения в кадре равно (4/3)/m, где m = 625 — число строк в кадре принятой системы ЦТ СЕКАМ, а 4/3 — отношение размеров кадра по горизонтали и вертикали. Учитывая, что в секунду передается 25 кадров (50 полукадров, состоящих поочередно из четных и нечетных строк изображения), имеем = (4/3)m2·25/2 = 6,5 МГц. Однако практически вся энергия сигналов яркости сосредоточена в диапазоне 0... 1,5 МГц.