Типовые каналы передачи

Канал тональной частоты. Типовой аналоговый канал пере­дачи с полосой частот 300...3400 Гц и с нормированными пара­метрами и характеристиками называется каналом тональной частоты - КТЧ.

Нормированная (номинальная) величина относительного (изме­рительного) уровня на входе КТЧ равна р_вх = - 13 дБм0, на выходе КТЧ р_вых = + 4 дБм0. Частота измерительного сигнала принимается равной f_изм = 1020 Гц (ранее 800 Гц). Таким образом, номинальное остаточное затухание КТЧ равно , т.е. КТЧ вносит уси­ление, равное 17дБ.

Эффективно передаваемой полосой частот КТЧ (составного и максимальной протяженности) называется полоса, на крайних частотах которой (0,3 и 3,4 кГц) остаточное затухание на 8,7 дБ превышает величину остаточного затухания на частоте 1020 Гц (ранее 800 Гц).

Частотная характеристика отклонений остаточного затухания от номинального значения (-17дБ) должна оставаться в пределах шаблона, приведенного на рис. 7.

Рис. 7. Шаблон допустимых отклонений остаточного затухания КТЧ

Чтобы выполнить требования к частотной характеристике оста­точного затухания, ее неравномерность для простого канала длиной 2500 км должна укладываться в пределы, указанные в табл. 1.

Таблица 1

Фазочастотные искажения мало влияют на качество передачи речевых сигналов, но так как КТЧ используется для передачи и других первичных сигналов, большие фазочастотные искажения или неравномерность частотной характеристики группового време­ни прохождения (ГВП) недопустимы. Поэтому нормируются откло­нения ГВП от его значения на частоте 1900 Гц для простого канала длиной 2500 км (табл. 2).

Таблица 2

Естественно, что для составных каналов отклонения ГВП будут во столько раз больше, сколько простых каналов организуют составной.

Амплитудная характеристика КТЧ нормируется следующим обра­зом: остаточное затухание простого канала должно быть постоянным с точностью до 0,3 дБ при изменении уровня измерительного сигнала

от -17,5 до +3,5 дБ в точке с нулевым измерительным уровнем на любой частоте в пределах ЭППЧ. Коэффициент нелинейных искаже­ний для простого канала не должен превышать 1,5 % (1 % по 3-й гармонике) при номинальном уровне передачи на частоте 1020 Гц.

Нормирование касается и степени согласования входного и вы­ходного сопротивлений КТЧ с сопротивлениями внешних цепей -нагрузок: внутренним сопротивлением источника передаваемых сигналов (Z_H1) и сопротивлением нагрузки (Z_h2). Входное и выходное сопротивление КТЧ чисто активные и равны . Вход и выход канала должны быть симметричными, коэффициен­ты отражения или затухание несогласованности {отражения) равные соответственно

или(13)

не должны превышать 10 % или 20 дБ соответственно.

Важным показателем качества передачи по КТЧ является мощ­ность помех, которые измеряются специальным прибором, назы­ваемым псофометром («псофос» - по-гречески означает «шум»). Псофометр представляет собой вольтметр с квадратичной характе­ристикой выпрямления. Выбор такой характеристики объясняется тем, что ухо складывает шумы от отдельных источников как их мощности, а мощность пропорциональна квадрату напряжения или тока. От обычных квадратичных вольтметров псофометры отлича­ются наличием у них частотной зависимости чувствительности. Эта зависимость учитывает различную чувствительность уха на отдель­ных частотах, входящих в состав спектра помех и шумов, и форми­руется взвешивающим псофометрическим фильтром.

При подаче на вход псофометра напряжения частотой 800 Гц с нулевым измерительным уровнем его показание будет равно 775 мВ. Для получения того же значения при иных частотах уровни должны быть большей частью выше. Напряжение помех, измеренное псофометром , связано с эффективным напряжением соотношением , здесь называется псофомет­рическим коэффициентом. Напряжение помех или шумов, измерен­ное псофометром, называется псофометрическим напряжением; мощность, определяемая псофометрическим напряжением на некото­ром сопротивлении R, называется псофометрической мощностью, которая равна .

Средний уровень мощности помех с равномерным спектром ока­зывается при псофометрических измерениях в полосе частот 0,3...3,4 кГц на 2,5 дБ (или в 1,78 раза) меньше, чем при измерениях действующих (эффективных) значений. Величина 2,5 дБ называет­ся логарифмическим псофометрическим коэффициентом.

Псофометрическая мощность помех в точке с нулевым измери­тельным уровнем КТЧ максимальной протяженности, состоящего из максимального числа простых каналов, не должна превышать 50 000 пВтО (пиковатт псофометрических в точке нулевого относи­тельного уровня). Соответствующее значение эффективной (не-взвешенной) допустимой мощности помех составляет 87 000 пВтО. Псофометрическая мощность помех простого канала длиной 2 500 км не должна превышать 10 000 пВтО.

Нормируются также допустимые величины средней и пиковой мощности телефонных сигналов на входе КТЧ: в точке нулевого отно­сительного уровня среднее значение мощности составляет 32 мкВтО, а пиковое - 2220 мкВтО.

Динамический диапазон КТЧ составляет величину 30...35 дБ.

Знание ширины полосы частот КТЧ, средней мощности переда­ваемого сигнала, значения невзвешенной мощности помех позволяет оценить с помощью формулы (7) лекции 2 его пропускную способ­ность, которая оказывается приблизительно равной 25 кбит/с.

Канал звукового вещания. Типовой канал передачи с ЭППЧ 30... 15000 Гц (50... 10000 или 80...6300 Гц), предназначенный для передачи сигналов звукового вещания, называется каналом зву­кового вещания (КЗ) высшего (второго, третьего) класса. К типовым КЗ относятся каналы передачи сигналов звукового со­провождения телевидения.

Ширина полосы частот КЗ выбирается таким образом, чтобы обеспечить передачу всех составляющих первичного сигнала звуко­вого вещания, существенно влияющих на качество воспроизведения речевой и музыкальной программ. Эффективно передаваемой полосой частот (ЭППЧ) КЗ называется полоса частот, на крайних частотах которой остаточное затухание превосходит затухание на частоте 1 020 (800) Гц на величину не более = 4,3 дБ.

Нижняя граничная частота ЭППЧ КЗ обычно принимается равной 30...80 Гц. Значение верхней граничной частоты определяется харак­теристиками оборудования канала вещания и трансляционных сетей, осуществляющих распределение программ вещания. В большинстве случаев эта частота лежит в пределах 6300... 15000 Гц. Окончательно граничные частоты КЗ выбираются так, чтобы произведение крайних частот ЭППЧ составляло 450 000....500 000. Значительные отклонения от указанного условия приводят к преобладанию в принимаемой по КЗ программе низких (глухой тембр) или высоких (металлический тембр) тонов.

Амплитудно-частотные искажения в КЗ изменяют соотношение громкостей составляющих звука. Поэтому неравномерность частот­ной характеристики остаточного затухания КЗ должна быть не более ±(1 ...2) дБ на средних частотах и ±4,3 дБ - на краях ЭППЧ.

Ухо является частотным анализатором и поэтому мало чувстви­тельно к фазо-частотным искажениям, Однако при больших громкостях значительные изменения фазовых соотношений между обертонами сигнала вещания воспринимаются как изменения тем­бра и громкости. Поэтому фазо-частотные искажения в КЗ должны быть не более допустимых. Разность ГВП на нижней граничной частоте КЗ и на частоте 1 020 (800) Гц ограничивается величиной 50...80 мс, а на верхней граничной частоте и на частоте 1 020 (800) Гц- не более 10 мс.

Динамический диапазон сигналов вещания очень велик. Совре­менные КЗ не могут обеспечить передачу сигналов такого динамиче­ского диапазона. Ограничением «сверху» является перегрузка канала, ограничением «снизу» - помехи. Динамический диапазон КЗ в 40 дБ можно считать вполне удовлетворительным. Защищенность от помех различного происхождения не должна опускаться ниже 60 дБ.

Допуск на величину нелинейных искажений обычно задают по коэффициенту нелинейных искажений k_н, величина которого не может быть более 0,03. Требования к параметрам и характеристи­кам КЗ приведены в табл. 3.

Разность между максимальным уровнем сигнала и уровнем псофометрического напряжения помех на выходе КЗ протяженностью 1км определяется по формуле .

Допустимое отклонение остаточного затухания КЗ высшего класса следующее: в полосе частот от 30 до 50 Гц = 4,35 дБ; в полосе частот от 50 до 10 000 Гц величина = 1 дБ и в полосе частот от 10 000 до 15 000 Гц это отклонение не превышает 4,35 дБ.

Допустимое отклонение остаточного затухания КЗ первого клас­са: в полосах частот от 50 до 100 Гц и от 8500 до 10 000 не хуже 4,35 дБ, в полосах частот от 100 до 200 Гц и от 6 000 до 8 500 Гц -2,5 дБ, в полосе частот от 200 до 6 000 Гц это значение не превы­шает 1,7 дБ.

Таблица 3

Примечание. Здесь t_мин - минимальное значение ГВП; t_нч - значение ГВП на нижней граничной частоте ЭППЧ; t_вч - значение ГВП на верхней граничной частоте ЭППЧ.

Неравномерность частотной характеристики остаточного затуха­ния КЗ в сторону занижения не должна превышать 1... 1,5 дБ.

Канал изображения. Типовой канал, предназначенный для пе­редачи полного цветного телевизионного сигнала, называется каналом изображения - КИ.

Важнейшей характеристикой качества телевизионного изобра­жения является четкость, позволяющая оценить способность канала передавать мельчайшие детали изображения.

Четкость изображения зависит от размеров развертывающего пятна передающей телевизионной трубки, числа строк разложения кадра, ширины ЭППЧ и от частотных характеристик КИ в пределах этой полосы частот. Необходимая ширина ЭППЧ канала изображе­ния может быть установлена следующим образом.

Границе между различными по яркости полями передаваемого изображения соответствует скачкообразное изменение напряжения видеосигнала. Время изменения напряжения (т.е. длительности фронта сигнала) зависит от четкости границ изображения, размеров сечения развертывающего луча и скорости развертки. Длитель­ность фронта сигнала на выходе КИ будет больше длительности фронта исходного сигнала: . Для достаточно четкого воспроизведения изображения надо, чтобы при вносимое КИ увеличение длительности сигнала не превышало длительности t_э пробега луча по мельчайшему элементу изображения. При числе строк Z_c = 625 кадров Z_K = 25 t_э = 0,083 мкс и, следовательно, увели­чение длительности фронта передаваемых по КИ сигналов должно быть не более = 0,083 мкс.

Если КИ в полосе пропускания 0...f₂ нe вносит частотных искаже­ний, то увеличение длительности нарастания скачка напряжения может составлять . Исходя из этого, верхняя граничная часто­та тракта видеосигнала должна быть не ниже , а с учетом передачи соответствующих градаций цветности принимается равной 6,5 МГц. Следовательно, ЭППЧ занимает диапазон 0... 6,5 МГц.

В пределах ЭППЧ частотные и фазовые искажения не должны пре­вышать допустимых, иначе вызванные ими изменения соотношений между амплитудами и фазами составляющих видеосигнала исказят форму последнего на экране приемной телевизионной трубки.

При определении требований к характеристикам КИ в границах ЭППЧ необходимо учитывать следующее.

Различию между полями яркости изображения соответствует ви­деосигнал, имеющий форму ступеньки напряжением длитель­ностью фронта . Если бы КИ обладал характеристиками идеального фильтра нижних частот с частотой среза f_c = 6,5 МГц, то ступенька напряжения на выходе канала имела бы длитель­ность фронта а установление напряжения носило бы колебательный характер.

Продолжительность колебательного процесса возрастает с уменьшением f₂, а величина первого, наибольшего, выброса будет тем больше, чем меньше исходного сигнала. При выброс достигает 0,09.

Монотонное (по мере роста частоты) увеличение затухания в полосе 0...f₂ увеличивает и уменьшает выбросы. Монотонное уменьшение затухания приводит к обратному эффекту. Монотонное изменение затухания только на верхних частотах ЭППЧ влияет на переходной процесс меньше, чем такой же величины монотонное изменение затухания на нижних частотах. Волнообразное измене­ние затухания приводит к появлению дополнительных сигналов (эхо-сигналов), сдвинутых во времени относительно основного сигнала.

Монотонность фазочастотных характеристик мало сказывается на времени нарастания выходного напряжения, но резко увеличи­вает выбросы и вызывает несимметричное искажение переднего и заднего фронтов импульсных сигналов. Волнообразное измене­ние фазочастотных характеристик приводит к появлению дополни­тельных сигналов (эхо-сигналов) разной полярности, сдвинутых во времени относительно основного сигнала.

Частотные и фазовые искажения тем меньше влияют на пере­ходной процесс, чем выше диапазон частот, в котором они наблю­даются.

Увеличение длительности фронта сигналов снижает контрастность изо­бражения, а выбросы напряжения приводят к окантовке вертикальных границ полей изображения. Дополнительные импульсы вызывают повтор­ное (сдвинутое относительно основного) изображение.

Причиной появления повторных изображений может быть также несо­гласованность входных-выходных сопротивлений четырехполюсников, составляющих КИ.

Нелинейные искажения (обусловленные нелинейностью ампли­тудной характеристики канала) приводят к изменению соотношения амплитуд последовательности телевизионных сигналов и, следова­тельно, к изменению соотношения яркостей элементов изображе­ния. Чрезмерные нелинейные искажения могут нарушить нормальную работу системы синхронизации.

Разнообразно влияние помех различного происхождения и ха­рактера на качество передачи телевизионных сигналов.

Периодическая помеха, частота которой кратна частоте полукад­ров, приводит к появлению на экране кинескопа темных горизон­тальных полос. Степень потемнения зависит от амплитуды помехи, а число темных полос на экране - от соотношения частот помехи и полукадров: чем выше частота помехи, тем больше темных полос.

Если частота помехи не кратна частоте следования полукадров, то темные полосы будут перемещаться в вертикальном направле­нии. Скорость перемещения возрастает с увеличением разности частоты помехи и ближайшей к ней гармоники частоты полукадров.

Периодическая помеха с частотой f_n, кратной частоте строк, т.е. f_n = mF_c, в течение передачи одной строки создает т периодических изменений напряжения видеосигнала. На экране кинескопа это вызы­вает появление чередующихся по яркости участков на каждой строке. Поскольку за время передачи строки проходит целое число периодов помехи, участки потемнения и посветления каждой последующей строки оказываются точно под аналогичными участками предыдущей строки. Так как за время передачи кадра проходит целое число пе­риодов помехи, то в каждом последующем кадре участки посветления и потемнения строк сохраняют свое положение на экране. Чем выше

частота помехи, тем большее число периодов помехи проходит за время передачи одной строки, тем большее число темных полос будет на экране и тем более узкой будет каждая из них.

Периодическая помеха с частотой не кратной частоте строк при­водит к появлению на экране кинескопа сетки подвижных наклонных полос.

Кратковременные импульсные помехи вызывают появление светлых и темных горизонтальных полосок, длина которых зависит от длительности импульсной помехи.

Выбросы флуктуационных помех приводят к появлению светлых и темных точек, беспорядочно возникающих в различных участках кинескопа. При значительных флуктуационных помехах мерцающие точки создают подобие пленки, снижающей четкость и контраст­ность принимаемого изображения.

Нормы на частотные искажения в КИ определяются по шабло­нам. Для каналов с верхней граничной частотой до 6,5 МГц допус­каются отклонения частотной характеристики остаточного затухания от идеальной в переделах ± 2 дБ и группового времени прохождения (ГВП) в переделах ± 0,3 мкс в диапазоне 0...1.2 МГц и монотонное увеличение отклонений частотной характеристики затухания до 2...4 дБ и ГВП до ± 0,5 мкс на частотах 1,2...6,5 МГц.

Отношение размаха сигнала изображения к напряжению взве­шенной флуктуационной помехи, измеренной на выходе КИ, должно быть не меньше 57 дБ в течение 99 % времени. Эта величина мо­жет снижаться до 49 дБ в течение 0,1 % времени.

Отношение размаха сигнала изображения к размаху периодиче­ской помехи должно быть не менее: 30 дБ для помехи в полосе час­тот 50... 100 Гц; 50 дБ для помехи в полосе частот от 1 кГц до 1 МГц и {50 - 4 (f_n - 1)} дБ для помехи в полосе частот от 1 до 6 МГц (f_n -частота помехи, МГц).

Номинальная величина входного и выходного сопротивлений КИ должна быть равна 75 Ом при затухании несогласованности (отра­жения) не менее 24 дБ.

Широкополосные и цифровые каналы. К широкополосным каналам (трактам) относятся: предгрупповой (ПШКГ), первичный (ПШК), вторичный (ВШК), третичный (ТШК) и четверичный (ЧШК) широкополосные каналы. Для организации связи на телекоммуни­кационных сетях параметры и характеристики этих каналов должны быть унифицированы независимо от оборудования их образования.

Основные нормы на электрические характеристики и параметры широкополосных каналов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Величины номинальных измерительных уровней, остаточного затухания и амплитудная характеристика измеряются на частотах 18 кГц для предгруппового, 82 кГц для первичного, 420 кГц для вторичного и 1545 кГц для третичного широкополосного канала.

На телекоммуникационных сетях организуются типовые цифро­вые каналы (тракты), основными из которых являются:

основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью передачи кбит/с;

субпервичный цифровой канал (СПЦК) со скоростью передачи кбит/с;

первичный цифровой канал (ПЦК) со скоростью передачи кбит/с;

вторичный цифровой канал (ВЦК) со скоростью передачи кбит/с;

третичный цифровой канал (ТЦК) со скоростью передачи кбит/с;

четверичный цифровой канал (ЧЦК) со скоростью передачи кбит/с.

Качество передачи по цифровым каналам определяется коэф­фициентом ошибок, о котором говорилось выше, см. (12).