Тема №5. Аналоговые системы передачи

Занятие № 14. Принципы нормирования электрических параметров каналов и групповых

трактов

План занятия:

Учебные вопросы	Время, мин.
Вводная часть	5
1. Качество связи и качество каналов. Основные параметры каналов. 2. Нормирование параметров в зависимости от протяженности и структура каналов. 3. Установочные и эксплуатационные нормы.	30 30 20
Заключительная часть	5

Литература:

1.Астраханцев Л. Н., Изаксон Б. К. и др. Военные системы многоканальной электросвязи./Под ред. А. Т. Лебедева.- Л.: ВАС, 1979.

2. Астраханцев Л. Н. и др. Дальняя связь./ Под ред. А.М. Зингеренко. - М.: Связь, 1970.

3. Васильев А.В. и др. Средства и комплексы многоканальной электропроводной связи. Часть 1.- Ульяновск: УВВИУС, 1997.

1. Качество связи и качество каналов. Основные параметры каналов

Прежде чем говорить о качестве связи и каналов необходимо вспомнить, что функционально система связи делится на сети связи: первичные и вторичные. Первичные сети включают в себя: сети радио, радиорелейной, тропосферной космической и проводной связи. Вторичные сети включают: сети телефонной, телеграфной передачи данных, факсимильной связи.

Найдя место рассматриваемого материала в системе связи, необходимо сказать, что для различных видов связи (телефонная, телеграфная, передача данных и т.д.) используются вторичные сети связи, представляющие собой совокупности телефонных, телеграфных и других каналов. Качество различных видов связи определяется качеством каналов соответствующих вторичных сетей. Однако все вторичные сети базируются главным образом на каналах и трактах первичных сетей связи, создаваемых, в первую очередь, многоканальными системами передачи.

Поэтому качество каналов вторичных сетей зависит, прежде всего, от качества каналов и трактов первичных сетей.

Для обеспечения высокого качества каналов связи необходимо соблюдать нормы на электрические характеристики аппаратуры, линий и каналов связи. Контроль характеристик и приведение их к нормам осуществляется с помощью электрических измерений. В технике связи при выполнении измерений оказывается более удобным оценивать мощности, напряжения и токи не в их абсолютных значениях (в ваттах, вольтах и амперах), а в относительных логарифмических единицах - уровнях мощности, напряжения и тока. Удобства такой оценки заключаются в следующем:

- использование логарифмических единиц позволяет упростить различные математические расчеты, например, операции умножения и деления заменяются соответственно сложением и вычитанием;

- порядок используемых логарифмических величин оказывается более низким, чем при оперировании абсолютными величинами;

- чувствительность органов слуха к силе звукового сигнала подчиняется логарифмическому закону;

- потери энергии в линиях связи описываются экспоненциальными зависимостями.

В различных странах в технике связи использовались логарифмические единицы или на основе десятичных логарифмов (децибелы, дБ), или на основе натуральных логарифмов (неперы, Нп). В последнее время по рекомендациям МСЭ осуществляется переход к единым мерам, при этом более удобными были признаны децибелы.

Уровни передачи по мощности, напряжению и току определяются соответственно выражениями:

р_м=10lg(Р_х/Р_о), дБ или р_м=0,5ln(Р_х/Р_о), Нп;

р_н=20lg(U_х/U_о), дБ или р_н=ln(U_х/U_о), Нп;

р_т=20lg(I_х/I_о), дБ или р_м=ln(I_х/I_о), Нп,

где Р_х - полная мощность, U_х и I_х - действующие значения напряжения и тока в рассматриваемой точке цепи; Р_о, U_о и I_о - значения мощности, напряжения и тока, принятые за единицу сравнения, т.е. по отношению к которым определяется уровень в рассматриваемой точке.

Различают абсолютные, относительные и измерительные уровни.

Уровень называется абсолютным, если за единицу сравнения приняты эталонные значения мощности напряжения и тока. В качестве эталонных значений мощности приняты активная мощность 1мВт. Такую мощность развивает высококачественный микрофон (R_вн=600 Ом) на согласованном сопротивлении нагрузки. Эталонные значения напряжения и тока получают из эталонного значения мощности, если она выделяется на сопротивлении 600 Ом. Это значение сопротивления исторически появилось в технике связи как среднее значение модуля волнового сопротивления воздушной медной линии.

Эталонные значения напряжения и тока получаются из следующих выражений:

Р_о=U_o²/R=I²R,

откуда

.

Исходя из рассмотренного выше можно дать следующие определения.

Абсолютным уровнем мощности называется отношение активной мощности Р сигнала в измеряемой точке цепи передачи к активной мощности 1 мВт, выраженное в логарифмических единицах:

р_м=10lg(Р/1 мВт) дБ,

или

р_м=0,5ln(Р/1 мВт) Нп.

Абсолютным уровнем напряжения называется отношение действующего значения напряжения U сигнала в измеряемой точке цепи передачи к напряжению 775 мВт, выраженное в логарифмических единицах:

р_н=20lg(U/775 мВ) дБ,

или

р_н=ln(U/775 мВ) Нп.

Абсолютным уровнем тока называется отношение действующего значения тока I сигнала в измеряемой точке цепи передачи к току 1,29 мА, выраженное в логарифмических единицах:

р_т=20lg(I/1,29 мА) дБ,

или

р_м=ln(I/1,29 мА) Нп.

Из приведенных выражений находим соотношение между неперами и децибелами:

1 Нп  8,69 дБ; 1 дБ  0,115 Нп.

Используя представленные выражения можно определить значения мощности, напряжения или тока:

P=10^0,1рм, мВт, U=775^0,05рн, мВ, I=1,29^0,05рт, мА.

На практике абсолютные уровни используют очень редко.

Уровень называют относительным, если за единицу сравнения приняты мощность, напряжение или ток в какой-то произвольной точке цепи. Обычно точкой сравнения является начало цепи.

Относительным уровнем мощности называется отношение мощности сигнала в измеряемой точке тракта передачи к мощности сигнала в начале тракта или в точке, условно принятой за начало, выраженное в логарифмических единицах:

р_о.м=10lg(Р₂/ Р₁) дБ,

или

р_о.м=0,5ln(Р₂/ Р₁) Нп,

где Р₂ - мощность в измеряемой точке тракта передачи; Р₁ - мощность в начале тракта передачи или в точке, условно принятой за начало.

Относительным уровнем напряжения называется отношение напряжения сигнала в измеряемой точке тракта передачи к напряжению сигнала в начале тракта или в точке, условно принятой за начало, выраженное в логарифмических единицах:

р_о.н=20lg(U₂/ U₁) дБ

или

р_о.н=ln(U₂/ U₁) Нп,

где U₂ - напряжение в измеряемой точке тракта передачи; U₁ - напряжение в начале тракта передачи или в точке, условно принятой за начало.

Выражая входящие в формулы мощности и напряжения через их абсолютные уровни, находим, что относительные уровни равны разности абсолютных уровней:

р_о.м= р_м2 - р_м1; р_о.н= р_н2 - р_н1,

где р_м2 и р_н2 - абсолютные уровни мощности и напряжения в измеряемой точке цепи; р_м и р_н1 - абсолютные уровни мощности и напряжения в начале тракта передачи или в точке, условно принятой за начало.

Измерительным уровнем, согласно МСЭ, называется абсолютный уровень сигнала в рассматриваемой точке, если в начале цепи (канала) включен нормальный генератор. Нормальным генератором называют генератор синусоидальных колебаний определенной частоты с э.д.с., равной 1,55 В и внутренним сопротивлением 600 Ом (считается, что подается сигнал с частотой 800 Гц и уровнем минус 13 дБ).

Идеальный канал (тракт) не должен вносить никаких искажений в передаваемые сигналы, т.е. сигналы на его входе и выходе должны быть полностью идентичными. В реальных каналах эти условия не выполняются, что приводит к линейным искажениям передаваемых сигналов. Наличие нелинейности в ЛУС приводит к появлению нелинейных помех в каналах. Появляются собственные шумы, помехи за счет других каналов СП, наблюдается изменение частоты сигнала и другие нежелательные явления. Поэтому качество каналов (трактов) первичных сетей оценивается рядом электрических параметров, называемых частными. Перечень таких параметров достаточно велик. Например, в каналах ТЧ систем передачи с ЧРК оцениваются следующие параметры:

- остаточное затухание (усиление);

- частотная характеристика остаточного затухания;

- групповое время прохождения;

- мощность (напряжение) шума;

- защищенность между направлениями передачи и приема канала;

- амплитудная характеристика;

- коэффициент нелинейных искажений;

- защищенность от внятных переходных влияний между каналами;

- изменение частоты сигнала;

- изменение фазы передаваемого сигнала;

- защищенность от продуктов паразитной модуляции;

- относительное время действия кратковременных пропаданий уровня сигнала;

- относительное время действия импульсных помех;

- коэффициент ошибки.

Качество групповых трактов оценивается теми же электрическими параметрами, что каналы ТЧ.

Оценка и контроль всех перечисленных параметров процесс относительно длительный и трудоемкий и в этом нет острой необходимости, т.к. одна часть параметров влияет на качество одного вида связи, а на другие виды не влияет. Пример: На качество телефонной связи не влияет фазочастотная характеристика и коэффициент нелинейных искажений, в тоже время для других видов связи (ПД, ФМК, ТТ) оказывает влияние. Поэтому возникла необходимость введения отдельных частных параметров обусловленная требованиями передачи сигналов того или иного вида связи. Рассмотрим методику определения требований к каналу связи.

Методика определения требований к каналу связи

Сигнал на выходе канала во всех случаях отличается от сигнала С(t) на его входе. Естественно, чем меньше отличие, тем выше качество связи.

Численную оценку качества связи по каналу можно рассматривать как функционал от разности сигналов на входе и выходе канала

,

т. е. качество связи определяется в основном качеством каналов.

Напомним, что функционал - это правило, ставящие в соответствие каждой функции f(x) из некоторой совокупности функций некоторое число E=F[f(x)].

Для канала, предназначенного для передачи сигналов определенного вида связи, можно применить несколько функционалов.

При передаче дискретных сигналов критерием качества может служить вероятность неправильной регистрации переданного символа, т.е. вероятность ошибки.

Таким образом, Е=р_ош, где р_ош=-р _пр.рег.

При передаче аналоговых сигналов применяют критерий среднеквадратического отклонения,

где Т - длительность сигнала.

Допустимые численные значения определенного вида функционалов могут служить требованиями к качеству канала для данного вида связи.

Способы оценки каналов, основанные на использовании тех или иных видов функционалов, называются прямыми, а соответствующие параметры каналов обобщенными.

Обобщенные параметры выгодно применять при оценке канала в целом, т.е. тогда, когда канал сдается в эксплуатацию на оконечные устройства, обеспечивающие определенный вид связи. Оценка качества по обобщенным параметрам ведется при помощи специализированных приборов, которыми оснащаются КОА и соответствующие центры УС.

Однако такой метод успешно применим только для оценки качества каналов на участках сети.

Чаще всего необходим контроль параметров составных каналов. Применение контроля качества каналов по обобщенным параметрам в условиях образования транзитных соединений нескольких каналов, оборудованных различными многоканальными средствами, затруднительно по следующим причинам.

Во-первых, для ряда таких параметров неизвестны законы их суммирования на линиях, зависимости численных значений этих параметров от протяженности участков линии и количества транзитных пунктов.

Во-вторых, на УС неизвестно, для какого вида связи предназначен тот или иной канал, а обобщенные параметры не позволяют оценивать качество канала для одного или нескольких родственных видов связи.

В-третьих, обобщенные параметры не облегчают диагностику отказов, т.е. не позволяют определить, какие узлы КОА в первую очередь нуждаются в проверке и регулировке, что весьма важно при эксплуатационном обслуживании многоканальных средств на сетях связи.

Наибольшее применение на сетях связи, образованных многоканальными СП с ЧРК, получили косвенные методы оценки канала, основанные на использовании перечисленных выше частных параметров.

Вместе с тем, оценка качества сетевого канала по всему известному перечню частных параметров нереальна, т.к. требует значительных затрат времени. На практике приходится ограничиваться сокращенным перечнем контролируемых параметров, что естественно сказывается на объективности оценки качества канала. При этом необходимо учесть значение каждого из параметров для каждого вида связи, важность данного вида связи по сравнению с другими, вероятность того, что при исправной аппаратуре и настроенном линейном тракте параметр окажется в норме. В процессе многих исследований эта задача решалась различными методами, однако выводы во всех случаях получались по существу одинаковыми.

Сущность их заключается в следующем:

1. При ограничении числа контролируемых параметров уменьшается глубина контроля, которая трактуется как вероятность того, что канал будет в норме, если отвечает нормам данное число параметров.

2. Исследованиями установлено, что обязательному контролю подлежат такие параметры, как ОЗ, ЧХОЗ, ГВП, мощность (напряжение) шума на выходе канала, а на однокабельных однополосных и защищенность между направлениями передачи и приема канала. Глубина контроля при этом будет около 0,95.

3. При отказе от проверки ГВП глубина контроля уменьшается до 0,8.

4. В условиях жесткого лимита времени на измерения, а также в интересах систем автоматизированного контроля допустимо ограничиваться контролем ОЗ и мощности (напряжения) шума. Глубина контроля, равная примерно 0,45, позволит судить о работоспособности канала, однако без уверенности в его пригодности для всех видов связи.

Вывод: Качество связи определяется качеством канала. Для того, чтобы обеспечить должное качество канала, необходимо оценить его, используя частные параметры.

Для использования частных параметров при измерении каналов, образованных системами передачи с ЧРК, необходимо определить к ним нормы.