4)

Рисунок 2.4 – Спектрограмма № 4

В спектр канала ТЧ 0,3…3,4 кГц не вошли частоты, кГц:

2·f1 = 3,6    3·f2 = 3,75   2·f2 + f1 = 4,3        2·f1 + f2 = 4,85      3·f1 = 5,4

Нелинейные искажения в этом случае минимальны, так как большинство комбинированных частот, возникших в результате нелинейных искажений, выходят за пределы спектра телефонного канала, и, следовательно, не оказывают никакого влияния на принимаемый сигнал.

Нелинейные искажения вызваны нелинейностью системы обработки и передачи сигнала. Эти искажения вызывают появление в частотном спектре выходного сигнала составляющих, отсутствующих во входном сигнале. Нелинейные искажения представляют собой изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь (например, через усилитель или трансформатор), вызванные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на входе этой цепи и на ее выходе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного.

Для оценки нелинейных искажений, появляющихся от нелинейности амплитудной характеристики ТЧ, пользуются понятием коэффициента нелинейных искажений, который иногда называют клирфактором, К1:

,

или коэффициента гармоник К2:

 , где

U1 – амплитуда напряжения основной частоты (первой гармоники канала);

U2 , U3 …– амплитуда второй, третей и т.д. гармоники.

Коэффициент гармоник и клирфактор связаны соотношением:

.

Для каналов ТЧ нормируется коэффициент нелинейных искажений. Он не должен превышать 1,5 % при подаче на вход канала тока частотой 800 Гц при уровне 13 дБ.

Типовые значения коэффициента нелинейных искажений: 0 % – синусоида; 3 % – форма, близкая к синусоидальной; 5 % – форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз); до 21 % – сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы; 43 % – сигнал прямоугольной формы.

Для оценки нелинейности групповых трактов используется затухание нелинейности по второй, третьей и т.д. гармоникам, выраженное в децибелах:

, где

U1 – амплитуда напряжения основной частоты (первой гармоники канала);

Un – амплитуда n-ой гармоники;

P1 , Pn – мощности этих гармоник.

Задача 2.2

Определить псофометрическое напряжение, мощность и уровень шума, создаваемого группой его составляющих.

Исходные данные:

Частоты составляющих шума:

0,3 кГц

0,5 кГц

1,3 кГц

2,5 кГц

3,0 кГц

Эффективные напряжения составляющих шума,:

0,3 мВ

3,5 мВ

1,2 мВ

0,8 мВ

0,1 мВ

Решение.

Оценка общей интенсивности шума производится суммированием мощностей отдельных составляющих. Тогда напряжение суммированного шума можно получить суммированием его составляющих по квадратичному закону:

                                                                          (2.3)

Псофометрическое напряжение на определенной частоте:

Uпсfi = Ki × Ufi , где                                                                              (2.4)

Ufi – напряжение i-й частотной составляющей;

Ki – псофометрический коэффициент.

Тогда суммарное псофометрическое напряжение шума:

                                                                                 (2.5)

Псофометрическая мощность шума:                                   (2.6)

Псофометрический уровень шума:                            (2.7)

В соответствии с псофометрической характеристикой для телефонных каналов, рекомендованной МККТТ [1, стр. 135], находим псофометрические коэффициенты для заданных частот. Далее по формулам (2.5), (2.6), (2.7) определяем соответственно суммарное псофометрическое напряжение шума U, псофометрическую мощность шума P и псофометрический уровень шума Pp:

Рисунок 2.5 – Псофометрическая характеристика для телефонных каналов

Таблица 2.1 – Значения псофометрических коэффициентов для различных частот

Псофометрическим напряжением называется действующее значение напряжения помех (шумов), измеренное на активном сопротивлении 600 Ом, с учётом неодинакового воздействия напряжения помех различных частот на качество телефонной передачи при помощи весовых (псофометрических коэффициентов) и вычисляется по формуле (2.5).

Псофометрическое напряжение шума измеряется псофометром. Псофометр представляет собой электронный измеритель действующих значений напряжения с псофометрической характеристикой чувствительности, которая формируется четырёхполюсником, называемым псофометрическим фильтром.

Наряду с псофометрическим напряжением шум характеризуется псофометрической мощностью, выделяемой на сопротивлении 600 Ом. Псофометрическая мощность шума определяется формулой (2.6).

Псофометрический уровень шума или помех по мощности (дБ псоф) определяется из выражения (2.7).

В соответствии с рекомендациями МККТТ для канала ТЧ условной кабельной цепи протяжённостью 2500 км в точке с относительным нулевым уровнем средняя за любой час псофометрическая мощность помех не должна превышать 10000 пВт (псоф) для кабельных линий и 20000 пВт (псоф) для воздушных линий связи при метеорологических условиях «лето-сыро», чему соответствует псофометрическое напряжение в точке канала с относительным уровнем – 7 дБ соответственно 1,1 и 1,5 мВ (псоф).

Задача 2.3

A

Определить абсолютные уровни мощности, напряжения и тока сигналов при заданных значениях их мощности, напряжения и тока.

Исходные данные:

Мощность сигнала P:

12 мВт

0,75 мВт

Напряжение сигнала U:

1,25 В

0,05 В

Ток сигнала I:

0,07 мА

4,5 мА

Решение.

где P0, U0, I0 – абсолютные нулевые уровни соответственно мощности, напряжения и тока. В соответствии с рекомендациями МККТТ абсолютный нулевой уровень напряжения и тока определяется на нагрузке с активным сопротивлением R0 = 600 Ом по формулам:

 = 0,775 В,

 = 1,29 · 10-3 А,

 Вт.

Вычисляем абсолютный уровень при заданных значениях U, I и P:

Б

Определить мощности, мощность и напряжение сигнала в различных точках тракта передачи по уровням напряжения в этих точках.

Исходные данные:

Сопротивление R, кОм:

0,65

1,4

1,2

0,9

Абсолютный уровень p, дБ:

+1,5

–2,1

–7,3

+1,8

Решение

Рисунок 2.6 – Условный тракт

Уровень мощности в определённой точке связан с уровнем напряжения соотношением:

, где                                                                       (2.8)

в качестве Zн будет выступать входное сопротивление четырёхполюсника в соответствующей точке (R). Значение мощности и напряжения определяются по формулам:

Произведём расчёты для четырёх точек.

Уровнем сигнала называется логарифмическое отношение мощности, напряжения или тока в данной точке цепи Px, Ux, Ix к мощности, напряжению или току, которые приняты за исходные P0, U0, I0:

В зависимости от значений величин, принятых за исходные, различают абсолютный, относительный и измерительный уровни.

Абсолютным называется уровень, когда за исходные величины приняты мощность P0 = 1 мВт, напряжение U0 = 0, 755 B и ток I0 = 1,29 мА. Значения U0 и I0 определены на основе Р0 = 1 мВт для величины сопротивления нагрузки Rн = 600 Ом, так как входное и выходное сопротивления большинства устройств связи имеет величину 600 Ом.

Относительным называется уровень, определяемый в точке x системы при значениях Р0, U0, I0, соответствующих величинам в некоторой другой точке цепи, принятой за исходную.

Измерительным уровнем называют абсолютный уровень в какой-либо точке системы при условии, что на ее вход подан сигнал с нулевым уровнем.

Согласно рекомендации МККТТ эффективно пропускаемой полосой канала ТЧ называется полоса, неравномерность остаточного затухания которой на крайних частотах не превышает величину 8,7 дБ. Эффективная полоса канала ТЧ 0,3 – 3,4 кГц, а эффективная полоса пропускания первичного широкополосного канала 60 – 108 кГц.

Значение уровня передачи на входе четырёхполюсника канала ТЧ нормируется равным 13 дБ, а на выходе – 4 дБ.

Задача 2.4

Определить запас устойчивости канала при заданных условиях работы.

Исходные данные:

Сопротивление нагрузки с линейной стороны.

Модуль сопротивления zл:

|zл1| = 1,3 кОм,

|zл2| = 0,95 кОм.

Угол сопротивления:

φл1 = –12 град,

φл2 = +27 град.

Сопротивление нагрузки с балансовой стороны.

Модуль сопротивления zб:

|zб1| = 1,4 кОм,

|zб2| = 1,7 кОм.

Угол сопротивления:

φб1 = –4 град,

φб2 = –12 град.

Усиление в канале:

S1 = 4,5 дБ,

S2 = 2,5 дБ.

Затухание удлинителей:

α1 = 4,1 дБ,

α2 = 2,1 дБ.

Решение.

Рисунок 2.7 – Схема двухстороннего канала ТЧ

Запас устойчивости двухстороннего канала связи , рассчитывается из условия:

,

где  – балансовое затухание дифференциальной системы;

 – разность уровней на входе и выходе канала связи.

Для заданной схемы выражение для запаса устойчивости запишется так:

,

,

где  – затухание транзитных удлинителей (принимаем равным 3,5 дБ);

– затухание дифференциальной системы в направлении передачи и приёма (принимаем равным 3 дБ).

                (2.9)

В нормальном режиме на вход двухстороннего канала связи подаётся сигнал с уровнем 0 дБ. На приёме уровень составляет –7 дБ. В этом случае остаточное затухание:

Запас устойчивости при этом:

.                                     (2.10)

Рассчитываем значение балансовых затуханий дифсистем, а также по формулам (2.9) и (2.10) запас устойчивости  для заданной схемы и запас устойчивости  в нормальном режиме соответственно:

Из расчётов видно, что запас устойчивости для заданной схемы  = 27,115 дБ не удовлетворяет норме ( = 4,415 дБ), поэтому необходимо увеличить балансные сопротивления дифсистемы.

Рисунок 2.8 – Схема двухстороннего канала связи

Усиление усилителей: S1 = S2 = 4,3 – (–13) = 17,3 дБ

Затухание удлинителей:

,

.

Для перехода с четырёхпроводных каналов на двухпроводные используется дифференциальные системы. Включение дифсистемы создаёт кольцевую замкнутую цепь – цепь обратной связи, охватывающую весь двухсторонний канал связи.

Наличие в каналах связи усилительных элементов и цепи обратной связи может привести к появлению самовозбуждения. Возможность самовозбуждения (генерации) схемы зависит от соотношения усилений и затуханий в цепи обратной связи. Устойчивым канал будет только в том случае, если сумма всех усилителей в цепи обратной связи будет меньше, чем сумма всех затуханий, включённых в эту цепь. Поэтому в канале ТЧ устанавливается остаточное затухание, а не усиление.

По нормам, величина запаса устойчивости  для дуплексных усилителей НЧ должна быть не менее 0,2 Нп (1,74 дБ).

При таком способе определения устойчивости каналов связи возможно судить только об устойчивости канала связи в целом, но пользоваться им, чтоб установить как изменяется устойчивость канала связи по всей передаваемой по нему полосе частот, нельзя. Для этого существует другой способ – метод анализа устойчивости работы каналов связи.

Список используемых источников:

1. Тюрин В.Л., Листов В.Н., Дьяков Д.В. Многоканальная связь на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1980.

Страницы: 1, 2, 3