Класифікація каналів передачі і каналів електрозв'язку
Канали передачі, їх класифікація та основні характеристики
Каналом передачі називається сукупність технічних засобів і середовища поширення, що забезпечує передачу сигналів електрозв'язку в певній смузі частот або з певною швидкістю передачі між кінцевими або проміжними пунктами телекомунікаційних мереж.
Канали передачі класифікуються:
- по виду переданих сигналів: аналогові, дискретні та цифрові. Цифрові поділяються на канали передачі на основі імпульсно-кодової модуляції (ІКМ). диференціальної імпульсно-кодової модуляції (ДІКМ) і дельта - модуляції (ДМ);
- в залежності від ширини смуги частот, в якій передається сигнал електрозв'язку розрізняють канал тональної частоти (КТЧ), первинний широкосмуговий канал (ПШК), вторинний широкосмуговий канал (ВШК), третинний широкосмуговий канал (ТШК, четверичной широкосмуговий канал (ЧШК);
- в залежності від швидкості передачі сигналів електрозв'язку цифрові канали передачі поділяються на основний цифровий канал (ОЦК), первинний цифровий канал (ПЦК), вторинний цифровий канал (ВЦК), третинний цифровий канал (ТЦК), четверичной цифровий канал (ЧЦК);
- по виду середовища поширення сигналу електрозв'язку розрізняють провідні канали передачі, організовані по повітряних лініях зв'язку (ПЛЗ), кабельних лініях (КЛС) (симетричного і коаксіальногокабелю) і волоконно-оптичних ліній (ВОЛЗ), канали радіозв'язку, організовані по радіорелейних і супутникових лініях зв'язку ;
- щодо відповідності параметрів каналів передачі встановленим нормам розрізняють типовий канал тональної частоти, типовий канал звукового мовлення, типовий канал передачі сигналів зображення і звукового супроводу телебачення, типові широкосмугові і цифрові канали передачі.
Каналом електрозв'язку називається комплекс технічних засобів і середовища поширення, що забезпечує передачу сигналів електрозв'язку від перетворювача повідомлень в первинний сигнал до перетворювача первинного сигналу в повідомлення.
Додаткові елементи класифікації каналів електрозв'язку:
- за способами організації двостороннього зв'язку розрізняють двопровідний односмуговий канал, двопровідний двосмуговий канал; чотирьохпровідний односторонній канал;
- за територіальною ознакою розрізняють міжнародні канали електрозв'язку, міжміські канали електрозв'язку, магістральні, зонові і місцеві канали електрозв'язку.
Характеристики каналів передачі прийнято погоджувати з відповідними параметрами первинних сигналів.
Канал може характеризуватися такими параметрами:
- часом заняття TК,
- пропускною здатністю # 8710; FК,
- динамічним діапазоном, дБ (3.1),
-захищеністю, дБ (3.3),
- пропускною спроможністю Ік = 3,32 # 8710; Fк lg (1 +), біт / с (3.4).
Для неспотвореної передачі необхідно виконання наступних нерівностей:
Остання нерівність є абсолютним.
Канал передачі, як сукупність технічних засобів і середовища поширення електричного сигналу, являє каскадне з'єднання різних чотириполюсників, що здійснюють фільтрацію, перетворення, посилення і корекцію сигналів. Отже, канал можна уявити еквівалентним чотириполюсником, параметри і характеристики якого визначають якість передачі сигналів, рис. 3.1.
На рис. 3.1 прийняті наступні позначення: 1-1 і 2-2 - вхідні і вихідні затискачі відповідно; Iвх (jw) і Iвих (jw) - комплексні вхідний і вихідний струми; Uвх (jw) і U вих (jw) - комплексні вхідний і вихідний напруги; Zвх (jw) і Zвих (jw) - комплексні вхідний і вихідний опору (як правило, величини чисто активні і рівні, тобто Zвх = Rвх = Zвих = Rвих); K (jw) = U вих (jw) / Uвх (jw) = К (w) × е jb (w) - комплексний коефіцієнт передачі по напрузі, К (w) - модуль коефіцієнта передачі і b (w) - фазовий зсув між вхідним і вихідними сигналами; якщо береться відношення вихідного струму до вхідного, то говорять про коефіцієнт передачі по току; Uвх (t), U вих (t) - миттєві значення напруги вхідного і вихідного сигналів. РВЧ і Рвих - вхідний і вихідний рівні напруги або потужності сигналів.
Канали передачі працюють між реальними навантаженнями Zн1 (jw) і Zн2 (jw), що підключаються відповідно до затискачів 1-1 і 2-2.
Властивості каналів і їх відповідності вимогам до якості передачі повідомлень визначається рядом параметрів і характеристик.
Першим і одним з основних параметрів каналів є залишкове затуханіеАr. під яким розуміється робоче затухання каналу, виміряний або розраховане в умовах підключення до затискачів 1-1 і 2-2 (рис.3.1) активних опорів, відповідних номінальних значень Rвх і Rвих відповідно. Вхідні і вихідні опору окремих пристроїв каналу передачі досить добре узгоджуються між собою. При цьому умови робоче затухання каналу можна вважати рівним сумі характеристичних (власних) затуханий окремих пристроїв, не враховуючи відображень. Тоді залишкове загасання каналу може бути визначено за формулою
де РВХ і рвич - кількість особового складу на вході і виході каналу (див. рис. 1); Ar - загасання i- го і Sj - посилення j- го чотириполюсників, що становлять канал передачі.
Це означає, що залишкове загасання (ОЗ) каналу являє собою алгебраїчну суму затуханий і підсилень і зручна при розрахунках Аr. коли відомі загасання підсилювальних ділянок і посилення підсилювачів. ОЗ вимірюється на певній для кожного каналу вимірювальної частоті .У процесі експлуатації ОЗ каналу не залишається величиною постійною, а відхиляється від номінального під впливом різних дестабілізуючих факторів. Ці зміни ОЗ називаються нестабільністю. яка оцінюється по максимальному і середньоквадратичного значень відхилень від номінального або величиною їх дісперсіі.Остаточное загасання каналу ув'язується з його пропускною здатністю. Смуга частот каналу, в межах якої залишкове загасання відрізняється від номінального не більше, ніж на деяку величину DAr. називається е Ффективность переданої смугою частот (ЕППЧ). В межах ЕППЧ нормуються допустимі відхилення ОЗ DAr від номінального значення. Найбільш поширеним способом нормування є використання "шаблонів" допустимих відхилень ОЗ Зразковий вид такого шаблону наведено на рис.3.2.
загасання каналу передачі
На рис.3.2 прийняті наступні позначення f0 - частота, на якій визначається номінальне значення ОЗ; fн. fв - нижня і верхня граничні частоти ЕППЧ; 1,2 - межі допустимих відхилень ОЗ; 3 - вид вимірюваної частотної характеристики ОЗ. Відхилення ОЗ від номінального визначаються за формулою
, (3. 2) де f - поточна частота. f0- частота визначення номінального значення ОЗ.
З поняттям ЕППЧ тісно пов'язана амплітудно-частотна характеристика - АЧХ (або просто частотна характеристика) каналу, під якою розуміється залежність залишкового загасання від частоти Аr = jч (f) при постійному рівні на вході каналу, тобто РВХ = const. Ця характеристика оцінює амплітудно-частотні (просто частотні) спотворення, що вносяться каналом за рахунок залежності його ОЗ від частоти. Допустимі спотворення визначаються шаблоном відхилень ОЗ в межах ЕППЧ. Зразковий вид АЧХ каналу показаний на рис. 3.3.
Для передачі ряду сигналів електрозв'язку важливою є фазо-частотна характреристики -ФЧХ (просто фазова характеристика) каналу, під якою розуміється залежність фазового зсуву між вихідним і вхідним сигналами від частоти, тобто b = Jф (f). Загальний вигляд фазової характеристики каналу наведено на рис. 3.4 (лінія 1).
У середній частині ЕППЧ зазначена характерстікі близька до лінійної, а на її кордонах спостерігається помітна нелінійність, обумовлена фільтрами, що входять до складу каналу передачі. У зв'язку з тим, що безпосереднє вимірювання фазового зсуву, що вноситься каналом, важко для оцінки фазових спотворень розглядають частотну характеристику групового часу проходження - ГВП (або уповільнення - ГВЗ)
t (w) = db (w) / dw. (3.3) де b (w) - фазо-частотна характеристика. Зразковий вид частотної характеристики ГВП показаний на рис.3.4 (лінія 2).
Частотні характеристики залишкового загасання, фазового зсуву або групового часу проходження визначають лінійні спотворення. вносяться каналами передачі при проходженні по ним сигналів електрозв'язку.
Залежність потужності, напруги, струму або їх рівнів на виході каналу від потужності, напруги, струму або їх рівнів на вході каналу називається амплітудною характеристикою - АХ. Під АХ каналу розуміється також залежність залишкового загасання каналу від рівня сигналу на його вході, тобто Ar = jа (РВХ), виміряна при деякій обумовленої постійної частоті вимірювального сигналу на вході каналу, тобто fізм = const.
Амплітудна характеристика каналу може бути представлена різними залежностями, рис. 3.5: U вих = Jн (Uвх) (рис.3.5, лінії 1 і 2), Аr = JА (РВХ) (рис. 3.5б, лінія 1), РВХ = Jр (вих) (рис. 3.5б, лінії 2 і 3), де прийняті наступні позначення: Uвх, U вих - напруги сигналу на вході і виході каналу відповідно; РВХ. Рвих - рівні (напруги, потужності) сигналів на вході і виході каналу відповідно; Ar - залишкове загасання каналу передачі.
З розгляду графіків, представлених на рис. 3.5 видно, що АХ має три ділянки: 1) нелінійний ділянку при малих значення напруги або рівнів сигналу на вході каналу; нелінійність АХ при цьому пояснюється сумірністю напруги або рівня сигналу з шумами самого каналу; 2) лінійна ділянка при значеннях напруги або рівня вхідного сигналу, для якого характерна пряма пропорційна
залежність між напругою (рівнем) сигналу на вході каналу і напругою (рівнем) сигналу на виході каналу; 3) ділянка з істотною нелінійністю при значеннях вхідної напруги (рівня) сигналу, вищими від максимальних Uмакс (рмакс), для яких характерна поява нелінійних спотворень. Якщо кут нахилу прямої, що відповідає лінійному ділянці АХ, дорівнює 45 0. то напруга (рівень) сигналу на виході каналу рівні напрузі (рівню) на його вході; якщо кут нахилу менше 45 0. то в каналі має місце згасання, а якщо кут нахилу більше 45 0. то в каналі має місце згасання. Якщо Ar> 0, то канал вносить загасання (ослаблення), якщо Ar <0, то канал передачи вносит остаточное усиление.
Незначна нелінійність АХ при малих значеннях вхідної напруги або рівня сигналу не впливає на якість передачі і нею можна знехтувати. Нелінійність АХ при значних значеннях напруги або рівня вхідного сигналу, що виходять за межі лінійної ділянки АХ, характеризується появою нелінійних спотворень, які проявляються у виникненні гармонік або комбінаційних частот вхідного сигналу. За АХ можна лише приблизно оцінити величину нелінійних спотворень. Більш точно величина нелінійних спотворень в каналах оцінюється коефіцієнтом нелінійних спотворень або загасанням нелінійності
або, (3.4) де U1г - діюче значення напруги першої (основної) гармоніки вимірювального сигналу; U2г. U3г і т.д.- діючі значення напруг другий, третій і т.д. гармонік сигналу, що виникли через нелінійність АХ каналу передачі.
Крім того, в техніці багатоканальних телекомунікаційних систем передачі широко користуються поняттям загасання нелінійності по гармоникам
Цифрові канали характеризуються швидкістю передачі, а якість передачі сигналів оцінюється коефіцієнтом помилки. під яким розуміється відношення числа елементів цифрового сигналу, прийнятих з помилками до загальної кількості елементів сигналу, переданих протягом часу вимірювання
Кош = Nош / N = Nош / ОТ. (3.6) де Nош - число помилково прийнятих елементів; N - загальне число переданих елементів; В - швидкість передачі в бодах; Т - час вимірювання (спостереження).
Телекомунікаційні системи повинні бути побудовані таким чином, щоб канали володіли певною універсальністю і були б придатні для передачі різного виду повідомлень. Таким властивостями володіють типові канали. параметри і характеристики яких нормовані. Типові канали можуть бути простими, тобто тривка через обладнання транзиту, і складовими. тобто що проходять через обладнання транзиту.