Jaka jest standardowa przepustowość w tradycyjnej telefonii? Standardowy kanał telefoniczny Pasmo częstotliwości w telefonii.

Termin pasmo częstotliwości odnośnie sygnału związane z koncepcją efektywna szerokość widma sygnału, w którym koncentruje się 90% energii sygnału (za zgodą), jak również dolna i górna granica szerokości pasma sygnału. Te najważniejsze cechyźródło sygnału bezpośrednio związane z fizyką podane źródło sygnał. Na przykład dla indukcyjnego czujnika drgań pasmo częstotliwości sygnału wyjściowego jest w rzeczywistości ograniczone od góry o jednostki kiloherców ze względu na bezwładność masy metalowego rdzenia namagnesowanego wewnątrz cewki indukcyjnej czujnika, a od dołu o wartość związane z indukcyjnością cewki. Górna granica szerokości pasma sygnału jest zwykle związana z fizycznymi ograniczeniami szybkości narastania, podczas gdy dolna granica szerokości pasma jest związana z obecnością składowej sygnału o niskiej częstotliwości, w tym składowej DC.

Termin pasmo częstotliwości przenoszenie stosowane w odniesieniu do konwerterów i torów (interfejsów) transmisji sygnałów. Rozmawiamy o charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa (AFC) tych urządzeń oraz charakterystykę szerokości pasma tego pasma przenoszenia, które tradycyjnie mierzy się w zakresie -3 dB, jak pokazano na powyższym rysunku. Maksymalna (lub średnia, zgodnie z umową) wartość amplitudy sygnału w paśmie przepuszczania jest przyjmowana jako zero decybeli. Na rysunku częstotliwości F1 i F2 są odpowiednio dolną i górną częstotliwością pasma przepustowego. Dolna granica F 1 = 0, jeśli ten konwerter lub ścieżka przechodzi przez składową stałą sygnału. Więcej szerokość pasma częstotliwości przenoszenie∆F= F 2 - konwerter F 1 lub ścieżka danych, im wyższy rozdzielczość (szczegóły) sygnału w czasie , im wyższa szybkość przesyłania informacji w odpowiednim interfejsie, Ale w tym samym czasie im więcej zakłóceń i szumów mieści się w zakresie przepustowości.

Jeżeli szerokość pasma sygnału częściowo lub całkowicie nie mieści się w szerokości pasma przetwornika lub ścieżki, prowadzi to do zniekształcenia lub całkowitego wytłumienia sygnału na ścieżce.

Z drugiej strony, jeśli efektywne pasmo sygnału jest wielokrotnie węższe niż pasmo przetwornika lub ścieżki, to tego przypadku nie można uznać za optymalny, ponieważ w tym fizycznie zaimplementowanym układzie zawsze występują szumy i zakłócenia o różnym charakterze, które są na ogół rozproszone na całej szerokości pasma. Obszary częstotliwości pasma przepustowego, które nie mają użytecznych składników sygnału, dodadzą szum, degradując stosunek sygnału do szumu w danym kanale konwersji sygnału lub transmisji. W oparciu o te założenia zbliżyliśmy się do termin: optymalna przepustowość sygnału to przepustowość, której granice są zgodne z efektywna przepustowość sygnału.

W przypadku ADC, górny koniec pasma przepustowego może być zapewniony przez filtr antyaliasingowy, a dolny koniec może być zapewniony przez filtr górnoprzepustowy.

Jak widać, generał termin pasmo częstotliwości, używany w dowolnym kontekście, jest silnie związany z doborem sprzętu zgodnie z jego charakterystyką częstotliwościową, a także wiąże się z kwestią optymalnego dopasowania przetworników i torów transmisyjnych do źródeł sygnału.

z terminem pasmo częstotliwości Powiązane artykuły:

Zwykle nie obchodzi nas, jak działa linia telefoniczna (ale nie wtedy, gdy musimy krzyczeć na całe gardło: „Proszę powtórzyć, nic nie słyszę!”).

Firmy telefoniczne świadczą szeroką gamę usług dla klientów. Nie jest tak łatwo zrozumieć cenniki tych usług – co tak naprawdę jest oferowane i ile należy zapłacić za jaką usługę. W tym artykule nie powiemy ani słowa o cenach, ale postaramy się dowiedzieć, jaka jest różnica między najczęściej oferowanymi produktami i usługami z zakresu komunikacji telefonicznej.

LINIE ANALOGOWE, LINIE CYFROWE

Po pierwsze, linie są analogowe i cyfrowe. Sygnał analogowy zmienia się w sposób ciągły; zawsze ma określoną wartość, reprezentującą np. głośność i wysokość nadawanego głosu, czy też kolor i jasność określonego obszaru obrazu. Sygnały cyfrowe mają tylko wartości dyskretne. Z reguły sygnał jest włączony lub wyłączony, albo jest, albo nie. Innymi słowy, jego wartość wynosi 1 lub 0.

Analogowe linie telefoniczne były używane w telefonii od niepamiętnych czasów. Nawet pięćdziesięcioletnie telefony mogą być podłączone do lokalnej pętli, linii między domowym gniazdkiem telefonicznym a centralną centralą telefoniczną. (Biuro centralne nie jest błyszczącym wieżowcem w centrum miasta; długość lokalnej pętli nie przekracza średnio czterech kilometrów), więc „biuro centralne” zwykle znajduje się w jakimś bliżej nieokreślonym budynku. )

Podczas rozmowa telefoniczna mikrofon wbudowany w słuchawkę zamienia mowę na sygnał analogowy przesyłany do centralnej centrali telefonicznej, skąd trafia ona albo do innej pętli abonenckiej, albo do innych urządzeń przełączających, jeśli wywoływany numer znajduje się poza obszarem zasięgu tej centrali. Podczas wybierania numeru telefon generuje sygnały w paśmie nadawane przez ten sam kanał podstawowy, aby wskazać, do kogo przeznaczone jest połączenie.

Podczas swojego istnienia firmy telefoniczne zgromadził duże doświadczenie w przekazywaniu mowy. Ustalono, że do tego zadania na ogół wystarcza zakres częstotliwości od 300 do 3100 Hz. Przypomnijmy, że systemy audio klasy hi-fi są w stanie odtwarzać dźwięk bez zniekształceń w zakresie częstotliwości 20-20 000 Hz, co oznacza, że ​​zasięg telefonu zwykle wystarcza tylko do tego, aby abonent rozpoznał rozmówcę głosem (dla innych zastosowań jest to zasięg prawdopodobnie będzie zbyt wąski – np. do transmisji muzyki komunikacja telefoniczna całkowicie nieodpowiedni). Firmy telekomunikacyjne zapewniają płynny spadek charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej przy wysokich i niskich częstotliwościach za pomocą analogowego kanału telefonicznego 4000 Hz.

Centralna centrala telefoniczna z reguły digitalizuje sygnał przeznaczony do dalszej transmisji nad sieć telefoniczna. Z wyjątkiem hrabstwa Gilbet (Arkansas) i Rat Fork (Wyoming), we wszystkich amerykańskich sieciach telefonicznych sygnał między stacjami centralnymi jest transmitowany w forma cyfrowa. Chociaż wiele firm korzysta z cyfrowej prywatnej wymiany i transmisji danych, a wszystkie urządzenia ISDN są oparte na kodowaniu cyfrowym, pętle lokalne są nadal „ostatnią deską ratunku” komunikacji analogowej. Tłumaczy się to tym, że większość telefonów w domach prywatnych nie ma możliwości cyfryzacji sygnału i nie może współpracować z liniami o przepustowości większej niż 4000 Hz.

CO ROBI 4000 Hz?

Modem to urządzenie, które przekształca cyfrowe sygnały komputerowe na sygnały analogowe o częstotliwościach mieszczących się w paśmie linii telefonicznej. Maksymalna przepustowość kanału jest bezpośrednio związana z przepustowością. Dokładniej, wielkość przepustowości (w bitach/s) jest określona przez szerokość pasma i tolerancję stosunku sygnału do szumu. Obecnie maksymalna przepustowość modemów – 33,6 Kbps – jest już blisko tego limitu. Użytkownicy modemów 28,8 Kb/s doskonale zdają sobie sprawę, że zaszumione linie analogowe rzadko zapewniają pełne pokrycie. wydajność, który często okazuje się znacznie niższy. Kompresja, buforowanie i inne uniki pomagają nieco naprawić sytuację, a jednak doczekamy wynalezienia wiecznego ruchu, a nie pojawienia się modemów o przepustowości 50 lub co najmniej 40 Kbps na zwykłych liniach analogowych.

Firmy telefoniczne rozwiązują problem odwrotny - digitalizują sygnał analogowy. Do transmisji wynikowego sygnału cyfrowego wykorzystywane są kanały o przepustowości 64 Kbps (jest to światowy standard). Taki kanał, zwany DS0 (sygnał cyfrowy, poziom zerowy), jest podstawowym budulcem, z którego zbudowane są wszystkie pozostałe linie telefoniczne. Na przykład można połączyć (poprawny termin to multipleks) 24 kanały DS0 w kanał DS1. Wynajmując linię T-1, użytkownik faktycznie otrzymuje kanał DS1. Obliczając całkowitą przepustowość DS1 musimy pamiętać, że po każdych 192 bitach informacji (czyli 8000 razy na sekundę) przesyłany jest jeden bit synchronizacji: w sumie uzyskuje się 1,544 Mb/s (64000 razy 24 plus 8000).

LINIE WYNAJMUJĄCE, LINIE PRZEŁĄCZANE

Oprócz linii T-1 klient może dzierżawić łącza dzierżawione lub korzystać ze zwykłych łączy komutacyjnych. Dzierżawiąc od firmy telekomunikacyjnej obwód T-1 lub linię danych o niskiej szybkości, taką jak linia DDS (dataphone digital service), abonent efektywnie dzierżawi bezpośrednie połączenie i w rezultacie staje się jedynym użytkownikiem 1.544 Mbit/s (kanał T-1) lub 56 kb/s (linia o niskiej prędkości).

Chociaż technologia Frame Relay obejmuje przełączanie poszczególnych ramek, odpowiednie usługi są oferowane użytkownikowi w postaci wirtualnych kanałów komunikacyjnych między stałymi punktami końcowymi. Z punktu widzenia architektury sieci, przekaźnik ramek powinien być traktowany bardziej jak linia dedykowana, a nie komutowana; ważny jest fakt, że cena takiej usługi przy tej samej przepustowości jest znacznie niższa.

Usługi komutacyjne (którego przykładem jest usługa telefonii domowej) to usługi zakupione od firmy telefonicznej. Na żądanie abonent otrzymuje połączenie z dowolnym węzłem sieci telefonicznej realizowane za pomocą sieci publicznych central. W przeciwieństwie do sytuacji z łączami dzierżawionymi, opłata w tym przypadku naliczana jest za czas połączenia lub rzeczywistą wielkość ruchu i zależy w dużej mierze od częstotliwości i wielkości wykorzystania sieci. Usługi przełączania komunikacja cyfrowa mogą być dostarczane w oparciu o protokoły X.25, Switched 56, ISDN Basic Rate Interface (BRI), ISDN Primary Rate Interface (PRI), Switched Multimegabit Data Service (SMDS) i ATM. Niektóre organizacje, takie jak uniwersytety, szyny kolejowe lub organizacje miejskie, tworzą sieci prywatne przy użyciu własnych przełączników i dzierżawionych, a czasem nawet własnych linii.

Jeśli linia odbierana od firmy telefonicznej jest cyfrowa, nie ma potrzeby konwertowania sygnałów cyfrowych na i dlatego wyeliminowana jest potrzeba modemu. Niemniej jednak w tym przypadku korzystanie z sieci telefonicznej nakłada na abonenta pewne wymagania. W szczególności upewnij się, że pętla lokalna jest prawidłowo zakończona, ruch jest prawidłowo przekazywany i że obsługiwana jest diagnostyka wykonywana przez firmę telekomunikacyjną.

Linia obsługująca protokół ISDN BRI musi być podłączona do urządzenia o nazwie NT1 (zakończenie sieci 1). Oprócz zakończenia linii i obsługi procedur diagnostycznych, NT1 zapewnia 2-przewodowe zakończenie pętli do 4-przewodowego systemu zacisków cyfrowych. W przypadku korzystania z dzierżawionych linii cyfrowych T-1 lub DDS oraz usług komunikacji cyfrowej jako obciążenie linii należy używać jednostki obsługi kanału (CSU). CSU pełni rolę terminatora, dba o prawidłowe ładowanie linii i przetwarza polecenia diagnostyczne. Urządzenie końcowe klienta wchodzi w interakcję z jednostką obsługi danych (DSU), która konwertuje sygnały cyfrowe do postaci standardowej i przesyła je do jednostki CSU. Strukturalnie CSU i DSU są często łączone w jedną jednostkę o nazwie CSU / DSU. Jednostka DSU może być wbudowana w router lub multiplekser. Dlatego w tym przypadku (chociaż modemy nie są tutaj potrzebne) wymagana będzie instalacja określonych urządzeń interfejsowych.

NOŚNIKI ŁĄCZNOŚCI TELEFONICZNEJ

Większość analogowych pętli lokalnych może zapewnić przepustowość tylko 33,6 Kb/s w bardzo korzystnych warunkach. Z drugiej strony to samo zakręcona para, który łączy biuro z centralą, może być z powodzeniem wykorzystany do ISDN BRI, co zapewnia przepustowość danych 128 Kb/s i kolejne 16 Kb/s do zarządzania i konfiguracji. O co tu chodzi? Sygnał przesyłany analogowymi liniami telefonicznymi jest filtrowany w celu tłumienia wszystkich częstotliwości powyżej 4 kHz. Przy korzystaniu z linii cyfrowych taka filtracja nie jest wymagana, więc przepustowość skrętki okazuje się znacznie szersza, a co za tym idzie, zwiększa się również przepustowość.

Łącza dzierżawione o przepustowości 56 i 64 Kbps to dwuprzewodowe lub czteroprzewodowe łącza cyfrowe (w tym ostatnim przypadku jedna para służy do transmisji, a druga do odbioru). Te same linie są odpowiednie jako nośniki dla usług komunikacji cyfrowej, takich jak Frame Relay lub Switched 56. Linie czteroprzewodowe lub nawet kable optyczne są często używane jako nośniki dla T-1, a także ISDN PRI i Frame Relay. Linie T-3 czasami reprezentują kabel koncentryczny, ale coraz częściej są one nadal wykonywane na zasadzie optycznej.

Chociaż ISDN nadal cieszy się największym zainteresowaniem jako środek szybkiej transmisji sygnału na duże odległości, ostatnio pojawiły się nowsze środki komunikacji dla „ostatniej mili” (tj. pętli lokalnej). PairGain i AT&T Paradyne oferują produkty oparte na technologii cyfrowej pętli abonenckiej (HDSL) firmy Bellcore. Produkty te pozwalają wyrównać możliwości wszystkich istniejących pętli abonenckich; instalując urządzenia HDSL na obu końcach linii, można uzyskać przepustowość DS1 (1,544 Mb/s) na prawie wszystkich istniejących pętlach abonenckich. (HDSL o długości do 3,7 km może być używany na pętlach abonenckich bez repeaterów w przypadku standardowych przewodów o przekroju 24. Aby normalne linie T-1 działały, repeatery muszą być instalowane co półtora kilometra). Alternatywą dla HDSL w osiąganiu przepustowości DS1 na „ostatniej mili” jest użycie kabla optycznego (co jest bardzo drogie) lub zainstalowanie wielu repeaterów na każdej linii (nie jest to tak drogie jak sprzęt światłowodowy, ale nadal nie jest tanie). Dodatkowo w tym przypadku znacznie wzrastają koszty firmy telefonicznej, a co za tym idzie klienta, utrzymania linii w stanie gotowości do pracy.

Ale nawet HDSL nie jest najnowszą technologią w dziedzinie zwiększania przepustowości na „ostatniej mili”. Oczekuje się, że następca HDSL, technologia asymetrycznej cyfrowej linii abonenckiej (ASDL), będzie w stanie dostarczyć 6 Mb/s w jednym kierunku; przepustowość drugiego jest znacznie niższa - około 64 Kbps. W idealnej sytuacji, a przynajmniej przy braku czyjegokolwiek monopolu – zakładając, że koszt usługi dla klienta w przybliżeniu odpowiada jej kosztowi dla firmy telefonicznej – duża część klientów mogłaby korzystać z ISDN PRI (lub innych usług opartych na T-1). ) po cenie porównywalnej z obecną ceną ISDN BRI.

Dziś jednak zwolennicy ISDN prawdopodobnie nie mają się czym martwić; w większości przypadków firmy telekomunikacyjne zdecydują się na zwiększenie przepustowości linii i odzyskanie wszystkich zysków bez obniżania kosztów obsługi klienta. Nie jest wcale oczywiste, że taryfy za usługi powinny być oparte na zdrowym rozsądku.

Tabela 1. Rodzaje usług telefonicznych

Przepustowość (przezroczystość)- zakres częstotliwości, w którym charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa (AFC) urządzenia akustycznego, radiotechnicznego, optycznego lub mechanicznego jest wystarczająco jednolita, aby zapewnić transmisję sygnału bez znaczących zniekształceń jego kształtu. Czasami zamiast terminu „przepustowość” używany jest termin „efektywnie transmitowana przepustowość (ETB)”. Główna energia sygnału jest skoncentrowana w EPFC (co najmniej 90%). Ten zakres częstotliwości jest ustalany eksperymentalnie dla każdego sygnału zgodnie z wymaganiami jakościowymi.

Podstawowe opcje przepustowości

Głównymi parametrami charakteryzującymi pasmo częstotliwości są szerokość pasma i nierównomierność pasma przenoszenia w obrębie pasma.

Przepustowość łącza

Szerokość pasma - pasmo częstotliwości, w którym nierównomierność pasma przenoszenia nie przekracza określonej.

Szerokość pasma jest zwykle definiowana jako różnica między górną i dolną częstotliwością odcięcia sekcji odpowiedzi częstotliwościowej f 2 - f 1 (\ Displaystyle f_(2)-f_(1)), gdzie amplituda oscylacji jest równa 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(\sqrt (2))))(lub równoważnie 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(2))) dla mocy) od maksimum. Ten poziom odpowiada w przybliżeniu -3 dB.

Szerokość pasma jest wyrażona w jednostkach częstotliwości (np. hercach).

W urządzeniach radiokomunikacyjnych i transmisji informacji rozszerzenie pasma pozwala na transmisję duża ilość Informacja.

Nierówność odpowiedzi częstotliwościowej

Nierówna charakterystyka częstotliwościowa charakteryzuje stopień jej odchylenia od linii prostej równoległej do osi częstotliwości.

Osłabienie nierównomierności pasma przenoszenia poprawia odwzorowanie kształtu przesyłanego sygnału.

Wyróżnić:

• Bezwzględna przepustowość: 2Δω = Sa
• Przepustowość względna: 2Δω/ωo = So

Konkretne przykłady

W teorii anteny szerokość pasma to zakres częstotliwości, w którym antena działa skutecznie, zwykle wokół częstotliwości środkowej (rezonansowej). Zależy od rodzaju anteny, jej geometrii. W praktyce szerokość pasma jest zwykle określana przez dany poziom SWR (współczynnik fali stojącej), na przykład równy 2.

Z definicji szerokości pasma można zauważyć, że dyspersja nakłada ograniczenie na odległość transmisji i górną częstotliwość przesyłanych sygnałów.

Wymagania dotyczące przepustowości różne urządzenia określone przez ich cel. Na przykład do komunikacji telefonicznej wystarcza szerokość pasma około 3 kHz (300-3400 Hz), do odtwarzania utworów muzycznych w wysokiej jakości - co najmniej 30-16000 Hz, a do transmisji telewizyjnej - do szerokości 8 MHz)

Praktycznie wszystkie sygnały elektryczne, które wyświetlają rzeczywiste komunikaty, zawierają nieskończone spektrum częstotliwości. Niezakłócona transmisja takich sygnałów wymagałaby kanału o nieskończonej przepustowości. Z drugiej strony utrata przynajmniej jednej składowej widma w odbiorze prowadzi do zniekształcenia przebiegu czasowego. Dlatego zadaniem jest przesyłanie sygnału w ograniczonej szerokości pasma kanału w taki sposób, aby zniekształcenia sygnału spełniały wymagania i jakość transmisji informacji. Tym samym pasmo częstotliwości jest ograniczonym (ze względu na względy techniczne i ekonomiczne oraz wymagania dotyczące jakości transmisji) widmem sygnału.

Szerokość pasma ΔF jest określona przez różnicę między górną częstotliwością FB i dolną FH w widmie komunikatu, z uwzględnieniem jego ograniczenia. Tak więc dla okresowej sekwencji prostokątnych impulsów pasmo sygnału można w przybliżeniu znaleźć na podstawie wyrażenia:

gdzie t n jest czasem trwania impulsu.

1. Podstawowy sygnał telefoniczny (wiadomość głosowa), zwany także abonentem, to niestacjonarny proces losowy o paśmie częstotliwości od 80 do 12 000 Hz. Zrozumiałość mowy określają formanty (uwydatnione obszary widma częstotliwości), z których większość znajduje się w paśmie 300…3400 Hz. Dlatego, zgodnie z zaleceniem Międzynarodowego Komitetu Konsultacyjnego ds. Telefonii i Telegrafii (CCITT), do transmisji telefonicznej przyjęto efektywnie transmitowane pasmo częstotliwości 300…3400 Hz. Taki sygnał nazywany jest sygnałem o częstotliwości tonowej (PM). Jednocześnie jakość przesyłanych sygnałów jest dość wysoka - zrozumiałość sylaby wynosi około 90%, a zwrotów 99%.

2. Sygnały emisji dźwięku . Źródłem dźwięku w transmisji programów telewizyjnych są instrumenty muzyczne lub głos ludzki. Zakres sygnał dźwiękowy zajmuje pasmo częstotliwości 20…20000 Hz.

Aby uzyskać wystarczająco wysoką jakość (kanały nadawcze pierwszej klasy), pasmo częstotliwości ∆F C powinno wynosić 50 ... 10000 Hz, aby zapewnić bezbłędne odtwarzanie programów nadawczych (kanały klasa wyższa) - 30 ... 15000 Hz., druga klasa - 100 ... 6800 Hz.

3. W telewizji nadawczej przyjął metodę sekwencyjnego przekształcania każdego elementu obrazu na sygnał elektryczny z późniejszą transmisją tego sygnału jednym kanałem komunikacyjnym. Aby zrealizować tę zasadę, po stronie nadawczej stosuje się specjalne lampy elektronopromieniowe, które konwertują obraz optyczny transmitowanego obiektu na rozszerzony w czasie elektryczny sygnał wideo.

Rysunek 2.6 - Konstrukcja rury przesyłowej

Jako przykład na rysunku 2.6 pokazano uproszczoną wersję rury transmisyjnej. Wewnątrz szklanej kolby w wysokiej próżni znajduje się półprzezroczysta fotokatoda (cel) oraz reflektor elektronowy (ED). Na zewnątrz na szyjce tuby nałożony jest system odchylania (OS). Reflektor tworzy cienką wiązkę elektronów, która pod wpływem pola przyspieszającego jest kierowana w stronę tarczy. Za pomocą systemu odchylania wiązka przemieszcza się od lewej do prawej (wzdłuż linii) oraz od góry do dołu (wzdłuż ramy), okrążając całą powierzchnię celu. Zbiór wszystkich (N) wierszy nazywa się rastrem. Obraz jest rzutowany na cel rurowy pokryty warstwą światłoczułą. W rezultacie każda elementarna sekcja celu nabywa ładunek elektryczny. Powstaje tak zwana potencjalna ulga. Wiązka elektronów, oddziałując z każdą sekcją (punktem) reliefu potencjału, jakby wymazała (neutralizowała) jego potencjał. Prąd płynący przez rezystancję obciążenia Rn będzie zależał od oświetlenia obszaru docelowego, w który trafi wiązka elektronów, a na obciążeniu zostanie wyemitowany sygnał wideo U s (rysunek 2.7). Napięcie sygnału wideo zmieni się z poziomu „czarnego”, odpowiadającego najciemniejszym częściom przesyłanego obrazu, do poziomu „białego”, odpowiadającego najjaśniejszym częściom obrazu.

Rysunek 2.7 - Kształt sygnału telewizyjnego w przedziale czasu, w którym nie ma impulsów ramki.

Jeżeli poziom „bieli” odpowiada minimalnej wartości sygnału, a poziom „czerni” odpowiada wartości maksymalnej, wówczas sygnał wideo będzie ujemny (biegunowość ujemna). Charakter sygnału wideo zależy od konstrukcji i zasady działania tuby nadawczej.

Sygnał telewizyjny jest sygnałem impulsowym unipolarnym (ponieważ jest to funkcja jasności, która nie może być bipolarna). Ma złożony kształt i może być reprezentowany jako suma stałych i harmonicznych składowych oscylacji o różnych częstotliwościach.
Poziom składowej stałej charakteryzuje średnią jasność przesyłanego obrazu. Podczas przesyłania ruchomych obrazów wartość składowej DC będzie się stale zmieniać w zależności od oświetlenia. Te zmiany mają miejsce z niskie częstotliwości(0-3 Hz). Niższe częstotliwości widma sygnału wideo odtwarzają duże szczegóły obrazu.

Telewizja, podobnie jak lekkie kino, stały się możliwe dzięki bezwładności widzenia. Zakończenia nerwowe siatkówki pozostają podekscytowane jeszcze przez pewien czas po ustaniu bodźca świetlnego. Przy częstotliwości klatek Fk ≥ 50 Hz oko nie zauważa nieciągłości zmiany obrazu. W telewizji czas odczytu wszystkich N linii (czas ramki - T c) jest wybierany jako T c = s. Przeplot służy do redukcji migotania obrazu. Najpierw w czasie półklatki równym T p/k = = s odczytywane są kolejno wszystkie linie nieparzyste, a następnie w tym samym czasie wszystkie linie parzyste. Częstotliwość widma sygnału wideo zostanie uzyskana podczas przesyłania obrazu będącego kombinacją jasnej i ciemnej połowy rastra (rysunek 2.8). Sygnałem jest impuls zbliżony do prostokąta. Minimalna częstotliwość tego sygnału w polach częstotliwości z przeplotem, tj.

Rysunek 2.8 - Aby określić minimalną częstotliwość widma częstotliwości sygnału telewizyjnego

Za pomocą wysokich częstotliwości transmitowane są najdrobniejsze szczegóły obrazu. Taki obraz można przedstawić jako małe czarno-białe kwadraty o naprzemiennej jasności o bokach równych średnicy wiązki (rysunek 2.9, a) umieszczonych wzdłuż linii. Ten obraz będzie zawierał maksymalna ilość elementy obrazu.

Rysunek 2.9 - Aby określić maksymalną częstotliwość sygnału wideo

Norma przewiduje dekompozycję obrazu w ramce na N=625 linii. Czas narysowania jednej linii (ryc. 2.9, b) będzie równy . Sygnał zmiany linii jest uzyskiwany, gdy czarne i białe kwadraty występują naprzemiennie. Minimalny okres sygnału będzie równy czasowi odczytu pary kwadratów:

gdzie n par to liczba par kwadratów w rzędzie.

Liczba kwadratów (n) na wiersz będzie wynosić:

gdzie jest format ramki (patrz Rysunek 2.2.4, a),

b to szerokość, h to wysokość pola ramki.

Następnie ; (2.10)

Zakłada się, że format ramki to k=4/3. Wtedy górna częstotliwość sygnału F in będzie równa:

Przy transmisji 25 klatek na sekundę, po 625 linii każda, nominalna wartość częstotliwości rozkładu linii (częstotliwość linii) wynosi 15,625 kHz. Górna częstotliwość sygnału telewizyjnego będzie równa 6,5 ​​MHz.

Zgodnie z przyjętą w naszym kraju normą, napięcie pełnego sygnału wideo U TV, składającego się z impulsów synchronizacji U C , sygnału luminancji i impulsów gaszących U P wynosi U TV = UP + U C = 1V. W takim przypadku U C \u003d 0,3 U TV i U P \u003d 0,7 U TV. Jak widać na rysunku 2.10, sygnał akompaniament dźwiękowy znajduje się wyżej w widmie (fn SV ​​= 8 MHz) sygnału wideo. Zazwyczaj sygnał wideo jest przesyłany przy użyciu modulacji amplitudy (AM), a sygnał audio jest przesyłany przy użyciu modulacji częstotliwości (FM).

Czasami, w celu zaoszczędzenia przepustowości kanału, górna częstotliwość sygnału wideo jest ograniczona do wartości Fv = 6,0 MHz, a nośna audio jest transmitowana z częstotliwością fn dźwięku = 6,5 MHz.

Rysunek 2.10 - Rozmieszczenie widm sygnałów obrazu i dźwięku w kanale radiowym nadawania telewizyjnego.

Practicum (podobne zadania są zawarte w biletach egzaminacyjnych)

Zadanie numer 1: Znajdź częstotliwość powtarzania impulsów przesyłanego sygnału i szerokość pasma sygnału, jeśli na ekranie telewizora znajduje się 5 par czarno-białych naprzemiennych pionowych pasów

Zadanie nr 2: Znajdź częstotliwość powtarzania impulsów przesyłanego sygnału i przepustowość sygnału, jeśli na ekranie telewizora znajduje się 10 par czarno-białych naprzemiennych poziomych pasków

Przy rozwiązywaniu problemu nr 1 należy użyć znanej wartości czasu trwania jednej linii standardowego sygnału telewizyjnego. Przez ten czas będzie zmiana 5 impulsów odpowiadających poziomowi czerni i 5 impulsów odpowiadających poziomowi bieli (można obliczyć czas ich trwania). Dzięki temu możliwe jest określenie częstotliwości zmiany impulsu oraz szerokości pasma sygnału.

Rozwiązując problem nr 2, wyjdź z całkowitej liczby linii w kadrze, ustal ile linii przypada na jeden poziomy pasek, pamiętaj, że skanowanie odbywa się z przeplotem. Określasz więc czas trwania impulsu odpowiadający poziomowi czerni lub bieli. Dalej, jak w zadaniu nr 1

Przygotowując pracę końcową, dla wygody wykorzystaj graficzną reprezentację sygnałów i widm.

4. Sygnały faksowe. Komunikacja faksowa (fototelegraficzna) to przesyłanie nieruchomych obrazów (rysunków, rysunków, fotografii, tekstów, stron gazet itp.). Urządzenie do konwersji wiadomości faksymilowej (obrazu) przekształca strumień światła odbity od obrazu na sygnał elektryczny (rysunek 2.2.6).

Rysunek 2.11 - Schemat funkcjonalny podobizna

Gdzie 1 – kanał faksowy; 2 - urządzenia napędowe, synchronizujące i fazowe; 3 - bęben transferowy, na którym umieszczany jest oryginał przesyłanego obrazu na papierze; FEP - fotoelektroniczny konwerter odbitego strumienia światła na sygnał elektryczny; system operacyjny - system optyczny tworząc wiązkę światła.

Podczas przesyłania elementów o zmiennej jasności sygnał przyjmuje postać sekwencji impulsów. Częstotliwość powtarzania impulsów w sekwencji nazywana jest częstotliwością wzoru. Częstotliwość wzoru, Hz, osiąga swoją maksymalną wartość przy przesyłaniu obrazu, którego elementy i odstępy między nimi są równe wymiarom wiązki skanującej:

F rismaks = 1/(2τ u) (2.12)

gdzie τ u jest czasem trwania impulsu, równym czasowi trwania transmisji elementu obrazu, który można określić za pomocą parametrów urządzenia skanującego.

Tak więc, jeśli π·D jest długością linii, a S jest skokiem przemiatania (średnicą wiązki przemiatania), to w linii znajdują się elementy π·D/S. Przy N obrotach na minutę bębna o średnicy D, czas transmisji pikseli mierzony w sekundach:

Minimalna częstotliwość wzoru (przy zmianie wzdłuż linii), Hz, będzie przy skanowaniu obrazu zawierającego czarno-białe paski wzdłuż linii, równe szerokości połowy długości linii. W której

F pus min = N/60, (2,14)

Aby wykonać łączność fototelegraficzną o zadowalającej jakości, wystarczy transmitować częstotliwości od F fig min do F fig max . Międzynarodowy Komitet Doradczy ds. Telegrafii i Telefonii zaleca N = 120, 90 i 60 obr./min dla faksów; S = 0,15 mm; D = 70 mm. Z (2.13) i (2.14) wynika, że ​​przy N = 120 F fig max = 1466 Hz; F fig min = 2 Hz; przy N \u003d 60 F fig maks. \u003d 733 Hz; F fig min = 1 Hz; Zakres dynamiczny sygnału faksu wynosi 25 dB.

Sygnały telegraficzne i sygnały transmisji danych. Komunikaty i sygnały telegrafii i transmisji danych są dyskretne.

Urządzenia do przetwarzania wiadomości telegraficznych i danych reprezentują każdy znak wiadomości (litera, cyfra) w postaci pewna kombinacja impulsy i przerwy o tym samym czasie trwania. Impuls odpowiada obecności prądu na wyjściu urządzenia do konwersji, przerwa odpowiada brakowi prądu.

Do transmisji danych stosowane są bardziej złożone kody, które pozwalają wykryć i skorygować błędy w odebranej kombinacji impulsów wynikających z zakłóceń.

Urządzenia do przetwarzania sygnałów telegraficznych i przesyłania danych na komunikaty, zgodnie z odebranymi kombinacjami impulsów i pauz, odtwarzają znaki komunikatu zgodnie z tabelą kodów i wydają je do drukarki lub wyświetlacza.

Im krótszy czas trwania impulsów wyświetlających komunikaty, tym więcej z nich zostanie przesłanych na jednostkę czasu. Odwrotność czasu trwania impulsu nazywana jest prędkością telegraficzną: B = 1/τ i, gdzie τ i jest czasem trwania impulsu, s. Jednostkę prędkości telegraficznej nazywano baud. Przy czasie trwania impulsu τ i = 1 s, prędkość B = 1 Baud. Telegrafia wykorzystuje impulsy o czasie trwania 0,02 s, co odpowiada standardowej prędkości telegraficznej 50 bodów. Szybkości przesyłania danych są znacznie wyższe (200, 600, 1200 bodów i więcej).

Sygnały telegraficzne i transmisji danych zwykle przyjmują postać sekwencji prostokątnych impulsów (rysunek 2.4, a).

Przy przesyłaniu sygnałów binarnych wystarczy ustalić tylko znak impulsu sygnałem dwubiegunowym lub obecność lub brak - sygnałem jednobiegunowym. Impulsy mogą być niezawodnie przechwytywane, jeśli są przesyłane przy użyciu pasma, które jest liczbowo równe szybkości transmisji. Dla standardowej szybkości telegrafii 50 bodów szerokość widma sygnału telegraficznego będzie wynosić 50 Hz. Przy 2400 bodach (średnia prędkość transmisji danych) szerokość widma sygnału wynosi około 2400 Hz.

5. Średnia moc komunikatów P SR określa się poprzez uśrednienie wyników pomiarów z długiego okresu czasu.

Średnia moc, jaką losowy sygnał s(t) rozwija na rezystorze 1 om:

Moc zawarta w końcowym paśmie częstotliwości pomiędzy ω 1 i ω 2 jest wyznaczana przez całkowanie funkcji G(ω) β w odpowiednich granicach:

Funkcja G(ω) jest gęstością widmową średniej mocy procesu, czyli mocy zawartej w nieskończenie małym paśmie częstotliwości.

Dla ułatwienia obliczeń moc podaje się zwykle w jednostkach względnych, wyrażonych w postaci logarytmicznej (decybele, dB). W tym przypadku poziom mocy to:

Jeżeli moc odniesienia Re = 1 mW, to p x nazywa się poziomem bezwzględnym i jest wyrażane w dBm. Mając to na uwadze, bezwzględny średni poziom mocy wynosi:

Moc szczytowa ppeak (ε %) – ύ to wartość mocy komunikatu, która może zostać przekroczona przez ε % czasu.

Współczynnik szczytu sygnału jest określony przez stosunek mocy szczytowej do średniej mocy komunikatu, dB,

Z ostatniego wyrażenia dzieląc licznik i mianownik przez Re, biorąc pod uwagę (2.17) i (2.19), definiujemy współczynnik szczytu jako różnicę między bezwzględnymi poziomami mocy szczytowej i średniej:

W zakresie dynamicznym D (ε%) zrozum stosunek mocy szczytowej do minimalnej mocy komunikatu Pmin. Zakres dynamiczny, podobnie jak współczynnik szczytu, jest zwykle szacowany w dB:

Średnia moc sygnału częstotliwości tonowej, mierzona w najbardziej ruchliwej godzinie (CHH), z uwzględnieniem sygnałów sterujących - wybieranie, dzwonienie itp. - wynosi 32 μW, co odpowiada poziomowi (w porównaniu do 1 mW) p cp = -15 dBm

Maksymalna moc sygnału telefonicznego, której prawdopodobieństwo przekroczenia jest znikome, wynosi 2220 μW (co odpowiada poziomowi +3,5 dBm); za minimalną moc sygnału, wciąż słyszalnego na tle szumu, przyjmuje się 220 000 pW (1 pW = 10 -12 mW), co odpowiada poziomowi - 36,5 dBm.

Średnia moc РСР sygnału rozgłoszeniowego (mierzona w punkcie o zerowym poziomie względnym) zależy od interwału uśredniania i wynosi 923 µW przy uśrednieniu na godzinę, 2230 µW na minutę i 4500 µW na sekundę. Maksymalna moc sygnału rozgłoszeniowego wynosi 8000 µW.

Zakres dynamiki DC sygnałów nadawanych wynosi 25…35 dB dla mowy spikera, 40…50 dB dla zespołu instrumentalnego i do 65 dB dla orkiestry symfonicznej.

Pierwotne sygnały dyskretne mają zwykle postać prostokątnych impulsów o stałym lub prąd przemienny, zwykle z dwoma dozwolonymi stanami (binarnym lub on-off).

Szybkość modulacji jest określona przez liczbę pojedynczych elementów (chipów) transmitowanych w jednostce czasu i jest mierzona w bodach:

В = 1/τ i (2,23)

gdzie τ i jest czasem trwania wiadomości elementarnej.

Szybkość przesyłania informacji jest określana przez ilość informacji przesyłanych w jednostce czasu i jest mierzona w bitach / s:

gdzie M to liczba pozycji sygnału.

W systemy binarne(M=2) każdy element zawiera 1 bit informacji, zatem zgodnie z (2.23) i (2.24):

C max \u003d V, bit / s (2,25)

pytania testowe

1. Zdefiniuj pojęcia „informacja”, „wiadomość”, „sygnał”.

2. Jak określić ilość informacji w pojedynczej wiadomości?

3. Jakie są rodzaje sygnałów?

4. Czym się różni? dyskretny sygnał od ciągłego?

5. Jaka jest różnica między widmem sygnału okresowego a widmem? sygnał nieokresowy?

6. Zdefiniuj szerokość pasma sygnału.

7. Wyjaśnij istotę przesyłania faksem wiadomości.

8. Jak skanowany jest obraz telewizyjny?

9. Jaka jest liczba klatek na sekundę w systemie TV?

10. Wyjaśnij zasadę działania lampy nadawczej TV.

11. Wyjaśnij skład całego sygnału telewizyjnego.

12. Podaj pojęcie zakresu dynamicznego?

13. Wymień główne sygnały telekomunikacyjne. Jakie zakresy częstotliwości zajmują ich widma?

2.1.1. Analogowe sieci telefoniczne

Analogowe sieci telefoniczne są globalne sieci z komutacją obwodów, które zostały stworzone w celu świadczenia publicznych usług telefonicznych. Analogowe sieci telefoniczne nastawione są na połączenie, które nawiązywane jest przed rozpoczęciem rozmów (transmisja głosu) pomiędzy abonentami. Sieć telefoniczna jest tworzona (komutowana) za pomocą przełączników automatycznych central telefonicznych.

Sieci telefoniczne składają się z:

• automatyczne centrale telefoniczne (ATS);
• zestawy telefoniczne;
• miejskie linie komunikacyjne (linie komunikacyjne między automatycznymi centralami telefonicznymi);
• linie abonenckie (linie łączące aparaty telefoniczne z automatyczną centralą telefoniczną).

Abonent ma dedykowaną linię, która łączy jego telefon z centralą PBX. Z kolei łącza miejskie wykorzystywane są przez abonentów.

Do transmisji danych wykorzystywane są również analogowe sieci telefoniczne jako:

• sieci dostępu do sieci z komutacją pakietów, na przykład połączenia internetowe (wykorzystywane są zarówno linie telefoniczne, jak i dzierżawione);
• szkielety sieci pakietowych (stosowane są głównie dzierżawione linie telefoniczne).

Analogowa sieć telefoniczna z komutacją łączy świadczy usługi dla sieci pakietowej. warstwa fizyczna, który po przełączeniu jest fizycznym łączem punkt-punkt.

Zwykła sieć telefoniczna lub garnki(Zwykła stara usługa telefoniczna - stara „płaska” usługa telefoniczna) zapewnia transmisję sygnału głosowego między abonentami w zakresie częstotliwości do 3,1 kHz, co wystarcza do normalnej rozmowy. Służy do komunikacji z subskrybentami linia dwuprzewodowa, wzdłuż której sygnały obu abonentów podczas rozmowy idą jednocześnie w przeciwnych kierunkach.

Sieć telefoniczna składa się z wielu stacji, które mają ze sobą hierarchiczne połączenia. Przełączniki tych central torują drogę pomiędzy wymianą abonentów wywołujących i wywoływanych pod kontrolą informacji dostarczanych przez system sygnalizacji. Trunkowe linie komunikacyjne pomiędzy centralami telefonicznymi muszą zapewniać możliwość jednoczesnej transmisji dużej ilości informacji (wsparcie duża liczba związki).

Nie zaleca się przydzielania osobnej linii miejskiej do każdego połączenia, a dla bardziej efektywnego wykorzystania łączy fizycznych stosuje się:

• metoda multipleksowania częstotliwości kanałów;
• kanały cyfrowe i multipleksowanie strumieni cyfrowych od wielu abonentów.

Metoda multipleksowania z podziałem częstotliwości (FDM - Multipleksowanie z podziałem częstotliwości)

W tym przypadku wiele kanałów jest przesyłanych jednym kablem, w którym sygnał głosowy o niskiej częstotliwości moduluje sygnał generatora wysokiej częstotliwości. Każdy kanał ma własny oscylator, a częstotliwości tych oscylatorów są od siebie odseparowane tak, aby przesyłać sygnały w paśmie do 3,1 kHz przy normalnym poziomie separacji od siebie.

Wykorzystanie kanałów cyfrowych do transmisji trunkingowych

Aby to zrobić, sygnał analogowy z linia abonencka jest zdigitalizowany w centrali telefonicznej, a następnie dostarczany w postaci cyfrowej do centrali telefonicznej adresata. Tam jest konwertowany z powrotem i przesyłany do analogowej linii abonenckiej.

Aby zapewnić dwukierunkową komunikację w centrali, na każdym końcu linii abonenckiej znajduje się para konwerterów - ADC (analogowo-cyfrowy) i DAC (cyfrowo-analogowy). Do komunikacja głosowa przy standardowej szerokości pasma (3,1 kHz) przyjmuje się częstotliwość kwantyzacji 8 kHz. Do przyjęcia zakres dynamiczny(stosunek maksymalnego sygnału do minimum) zapewnia konwersja 8-bitowa.

W sumie okazuje się, że każdy kanał telefoniczny wymaga szybkości transmisji danych 64 kbps (8 bitów x 8 kHz).

Często próbki 7-bitowe są również ograniczone do transmisji sygnału, a ósmy (najmniej znaczący) bit jest używany do celów sygnalizacyjnych. W takim przypadku czysty strumień głosu jest redukowany do 56 kb/s.

W celu efektywnego wykorzystania linii miejskich, strumienie cyfrowe od wielu abonentów w centralach telefonicznych są multipleksowane na kanały o różnej przepustowości, które łączą ze sobą centrale telefoniczne. Na drugim końcu kanału wykonywana jest demultipleksacja - wybór żądanego strumienia z kanału.

Oczywiście multipleksowanie i demultipleksowanie odbywa się na obu końcach jednocześnie, ponieważ komunikacja telefoniczna jest dwukierunkowa. Multipleksowanie odbywa się za pomocą multipleksowania z podziałem czasu (TDM).

W kanale głównym informacje są zorganizowane jako ciągła sekwencja ramek. Każdy kanał abonencki w każdej ramce jest przypisany przedział czasu, w którym przesyłane są dane tego kanału.

Tak więc w nowoczesnych analogowych liniach telefonicznych sygnały analogowe są przesyłane przez linię komunikacyjną abonencką, a sygnały cyfrowe są przesyłane liniami miejskimi.

Modemy do wdzwanianych analogowych linii telefonicznych

Publiczne sieci telefoniczne, poza transmisją głosu, umożliwiają transmisję danych cyfrowych za pomocą modemów.

Modem (modulator-demodulator) służy do przesyłania danych na duże odległości za pomocą dzierżawionych i komutowanych linii telefonicznych.

Modulator przetwarza informacje binarne pochodzące z komputera na sygnały analogowe z modulacją częstotliwościową lub fazową, których widmo odpowiada szerokości pasma konwencjonalnych głosowych linii telefonicznych. Demodulator wyodrębnia zakodowane informacje binarne z tego sygnału i przesyła je do komputera odbiorczego.

Faks-modem (fax-modem) umożliwia wysyłanie i odbieranie obrazów faksu zgodnych z konwencjonalnymi faksami.

Modemy do dzierżawionych linii telefonicznych

Dzierżawione łącza fizyczne mają znacznie większą przepustowość niż łącza telefoniczne. Dla nich produkowane są specjalne modemy, które zapewniają transfer danych z prędkością do 2048 kb/s i na duże odległości.

technologie xDSL

Technologie xDSL opierają się na transformacji linii abonenckiej konwencjonalnej sieci telefonicznej z analogowej na cyfrową xDSL (Digital Subscriber Line). Istota tej technologii polega na tym, że na obu końcach linii abonenckiej - przy centrali i abonencie - zainstalowane są filtry separacyjne (splitter).

Składowa sygnału o niskiej częstotliwości (do 3,5 kHz) jest wysyłana do zwykłego sprzętu telefonicznego (port PBX i aparat telefoniczny u abonenta), a wysoka częstotliwość (powyżej 4 kHz) jest wykorzystywana do przesyłania danych za pomocą xDSL modemy.

Technologie xDSL pozwalają na jednoczesne korzystanie z tego samego linia telefoniczna oraz do transmisji danych, a także do transmisji głosu (rozmów telefonicznych), na co nie pozwalają konwencjonalne modemy wdzwaniane.