Общее определение уровней передачи

В технике связи наряду с абсолютными единицами измерения параметров электрических сигналов (мощность, напряжение и ток) широко используются относительные единицы.

Уровнем передачи сигнала в некоторой точке канала или тракта называют логарифмическое преобразование отношения энергетического параметра S (мощности, напряжения или тока) к отсчетному значению этого же параметра.

Правило преобразования определяется формулой:

где m – масштабный коэффициент; a – основание логарифма.

Уровни передачи измеряются в децибелах, если справедливы соотношения:

Уровни передачи, вычисленные посредством десятичных логарифмов, называются децибелами (дБ), а посредством натуральных – неперами (Неп). В настоящее время принято пользоваться децибелами.

Уровень передачи называется абсолютным, если P ₀=1 мВт. Если теперь задать R ₀, то при заданных значениях мощности и сопротивления легко получить соответствующие величины напряжения U₀ и тока I₀:

Уровни передачи по мощности напряжению и току определяются соответственно по формулам:

Р_м =10lg(Р _х / Р ₀), Р_н = 20lg(U_х / U₀), Р_I =20lg(I _х / I ₀), где Р_х, U_х, I_х – величины мощности, напряжения и тока в рассматриваемой точке x;Р₀, U₀, I₀ – величины принятые за исходные.

При R₀= 600 Ом в практических расчетах принимают округленные значения: для U₀= 0,775 В, а для I₀= 1,29 мА, соответственно Р0 = 1 мВт (мВ·А), то вычисленные уровни называют абсолютными и обозначают дБм, дБн, дБт (децибел по мощности, по напряжению, по току).

При подаче на вход исправного и отрегулированного тракта синусоидального сигнала с абсолютным уровнем и частотой, рекомендованными для измерения этого тракта, в точках тракта устанавливаются абсолютные уровни, которые называются измерительными. Измерительные уровни содержатся в техническом паспорте тракта и удобны при его проверке и настройке.

Иногда в качестве исходных величин принимают значения Р_н, U_н, I_н, установленные в начале тракта или в точке, принятой условно за начало. Тогда вычисленные уровни

Р_{М 0} = 10lg(Р_х / Р_н), Р_{Н 0} = 20lg(U_х / U_н), Р _{I 0} = 20lg(I _х / I _н), (3.6)

называют относительными и обозначают дБом, дБон и дБот (децибел относительно мощности, напряжения, тока). Эти уровни широко используют при измерениях передаточных характеристик трактов, поскольку их значения оказываются численно равными усилению по мощности, напряжению или току участка тракта от начала до данной точки. Очевидно, что отрицательные значения уровней при этом будут соответствовать не усилению, а затуханию данного участка.

При нормировании величин сигналов и помех в каналах и трактах используется понятие точки нулевого относительного уровня по мощности (ТНОУ). Абсолютный уровень Р_м0, определенный в ТНОУ, обозначается как дБм0. Для перехода от уровня сигнала в ТОНУ к уровню по мощности Р_м в данной точке тракта пользуются соотношением

Р_м = Р_м0 + Р_мизм, где Р_{м изм} – измерительный уровень по мощности в данной точке тракта.

Измерительные уровни служат для определения уровней передачи с помощью измерительных приборов, называемых указателями уровня.

В качестве испытательного при измерении уровней передачи чаще всего применяют одночастотный синусоидальный сигнал, частота которого также должна быть известна, а начальная фаза, как правило, не фиксируется.

Если по значению параметров подключенный генератор испытательного сигнала обладает свойством нормального, т.е. его внутреннее сопротивление равно 600 Ом, развиваемая ЭДС равна 1,55 В, то измеренный на сопротивлении R_Н уровень называется измерительным.

Системы электросвязи могут передавать следующие первичные сигналы: телефонирования, звукового вещания, телеграфирования и ПД, факсимильного и телевизионного вещания [2, 3, 4, 5, 6, 19]..

 

Сигналы телефонирования

Сигналы телефонирования представляют собой последовательности речевых импульсов, отделенных друг от друга паузами. 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…150мс. Паузы между импульсами изменяются в значительно большем диапазоне: от нескольких миллисекунд (межслоговые 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 (удовлетворительной натуральностью и разборчивостью слогов 90% и фраз 99%) можно ограничиться полосой частот (0,3…3,4)кГц ((300…3400)Гц).

Отношение

У_Тф = 10lg(Р_Тф/Р_изм), дБм0

называется динамическим уровнем (волюмом),где Р_Тф – мощность сигнала усредненная за время наблюдения Т_н, Р_изм – мощность измерительного сигнала в точке тракта, где проводится исследование.

Согласно рекомендациям МККТТ, волюмы измеряются специальным прибором – волюметром,обеспечивающим квадратичный закон суммирования колебаний различных частот имеющим логарифмическую шкалу (в дБ) и постоянную времени (время интегрирования) Т_н = 200мс. Средняя мощность телефонного сигнала Р_{Тф ср} = 88 мкВт0 – без учета пауз в ТНОУ. С учетом пауз Р_{Тф ср п} = 32 мкВт 0, Р_Тфmax = 2220 мкВт 0 (+ 3,5 дБм 0) при вероятности ε = 10^–3.

При определении величины флюктуационной помехи, действующей на входе оконечного аппарата, ее приводят к эффективно воздействующей на орган слуха «взвешенной помехе»,суть которой заключается в том, что на входе измерительного прибора устанавливается амплитудный корректор, частотная характеристика передачи которого повторяет среднестатистическую характеристику чувствительности системы «телефонный аппарат – слух». Взвешенное значение помехи будет меньше не взвешенной из-за меньшей чувствительности этой системы на краях частотного диапазона, и, следовательно, большего затухания корректора на этих же частотах. Снижение действующего напряжения равномерно распределенной по спектру помехи определяется псофометрическим коэффициентом К_пс, равным 1,33 для полосы частот (0,3…3,4)кГц. Средняя мощность этой же помехи будет снижена в 1,33² = 1,77 раза, а уровень – на 20lg 1,33 = 2,48 дБ. В размерности взвешенных – псофометрических величин – вводится буква «П», т.е. дБм0п, пВт0п и др. (1 Вт = 10³ мВт = 10⁶ мкВт = 10⁹ нВт = 10¹² пВт).

Экспериментально установлено, что качество приема телефонного сигнала еще достаточно при средней мощности помехи 178000 пВт0 или 100000 пВтп.

При определении пик-фактора и помехозащищенности сигнала используют среднюю мощность сигнала без учета пауз: Q_Тф = 14дБ – пик-фактор (Р_max/Р_ср), А_3Тф = 27 дБ.

Динамический диапазон D_Тф =10lg(2220·10^-6/178000·10¹²) = 41 дБ.

Сигналы звукового вещания

Сигналы ЗВ по своему характеру близки к речевым сигналам, поэтому их отличия от телефонных носят количественный характер. Частотный спектр ограничивают для каналов ВК (0,03…15)кГц, и (0,05…10)кГц для каналов I класса. Сигналы ЗВ имеют значительно меньше пауз, а энергия отдельных импульсов, особенно музыкальных, существенно выше. Поэтому Р_{зв ср} больше Р_{Тф ср}. Нормируются среднесекундная, среднеминутная и среднечасовая мощности Р_{зв_ср}, равные соответственно: 4500, 2230 и 923 мкВт0. Р_maxопределяется при вероятности превышения ε=0,02 и составляет 8000 мкВт0.

Динамический диапазон сигналов ЗВ: речь диктора до 35 дБ; художественное чтение – до 50 дБ; музыкальные и хоровые ансамбли – до 55 дБ; симфонический оркестр – до 65 дБ. Помехозащищенность сигналов ЗВ должна быть не хуже А_{ПЗ_3В} = 42 дБ.