Яка стандартна смуга частот у традиційній телефонії? Стандартний телефонний канал Смуга частот у телефонії.

Термін смуга частотщодо сигналупов'язаний з поняттями про ефективної ширини спектра сигналу, в якій зосереджено 90% енергії сигналу (за угодою), а також про нижню та верхню межі смуги частот сигналу. Ці найважливіші характеристикиджерела сигналу безпосередньо пов'язані з фізикою даного джереласигналу. Наприклад, для індукційного вібродатчика смуга частот вихідного сигналу реально обмежена зверху одиницями кілогерц через інерційність маси металевого намагніченого сердечника всередині котушки індуктивності датчика, а знизу – величиною, пов'язаною з індуктивністю котушки. Верхня межа лінії частот сигналу, як правило, пов'язана з фізичними обмеженнями швидкості наростання сигналу, а нижня межа лінії частот пов'язана з наявністю низькочастотної складової сигналу, включаючи постійну складову .

Термін смуга частотпропусканняВикористовується щодо перетворювачів і трактів (інтерфейсів) передачі сигналів. Йдеться про амплітудно-частотної характеристики (АЧХ)цих пристроїв і про характеристики смуги пропускання цієї АЧХ, які традиційно вимірюються за рівнем -3 дБ, як це показано на малюнку вище. За нуль децибел приймається максимальне (чи середнє, за згодою) значення амплітуди сигналу смузі пропускання. На малюнку частоти F 1 та F 2 – це нижня та верхня частота смуги пропускання відповідно. Нижня межа F 1 = 0, якщо цей перетворювач або тракт пропускає постійну складову сигналу. Чим більше ширина смуги частотпропускання∆F= F 2 - F 1 перетворювача або тракту передачі даних, тим вище дозвіл (деталізація) сигналу за часом , тим вище швидкість передачі у відповідному інтерфейсі, але в той же час тим більше перешкод та шумівпотрапляє у смугу пропускання.

Якщо смуга частот сигналу частково або повністю не потрапляє в смугу частот пропускання перетворювача або тракту, це призводить до спотворення або повного придушення сигналу в тракті.

З іншого боку, якщо ефективна смуга частот сигналу багаторазово вже смуги частот пропускання перетворювача або тракту, то такий випадок не можна вважати оптимальним, оскільки в цій фізично реалізованій системі завжди присутні шум і перешкоди різної природи, які в загальному випадку розосереджені по всій ширині смуги частот пропускання . Області частот пропускання, в яких немає корисних складових сигналу, будуть додавати шум, що погіршує співвідношення сигнал/шум в даному каналі перетворення або передачі сигналу. Виходячи з цих посилок, ми впритул підійшли до терміну: оптимальна смуга частот пропускання сигналу – це смуга частот пропускання, межі якої узгоджені з ефективною смугою частот сигналу.

У разі АЦП верхня межа смуги частот пропускання може бути забезпечена антиалайзинговим фільтром, а нижня межа може бути забезпечена фільтром високої частоти.

Як бачите, загальний термін смуга частот, уживаний у будь-якому контексті, сильно пов'язаний із питанням вибору обладнанняза його частотними характеристиками, і навіть пов'язані з питанням оптимального узгодження перетворювачів і трактів передачі із джерелами сигналів.

З терміном смуга частотпов'язані такі статті:

Зазвичай нам немає справи до того, як працює телефонна лінія (але не тоді, коли доводиться кричати щосили в телефонну трубку: "Повторіть будь ласка, нічого не чути!").

Телефонні компанії надають клієнту безліч різних послуг. У прейскурантах цих послуг розібратися не так просто – що, власне, пропонується і скільки за яку послугу слід платити. У цій статті ми ні словом не промовимося про ціни, проте спробуємо з'ясувати, у чому різниця між найчастіше пропонованими продуктами та послугами в галузі телефонного зв'язку.

АНАЛОГОВІ ЛІНІЇ, ЦИФРОВІ ЛІНІЇ

По-перше, лінії бувають аналогові та цифрові. Аналоговий сигнал змінюється безперервним чином; він завжди має певне значення, що представляє, наприклад, гучність і висоту переданого голосу або колір та яскравість певної ділянки зображення. Цифрові сигнали мають лише дискретні значення. Як правило, сигнал або включений, або вимкнений, або є, або його немає. Іншими словами, його значення дорівнює 1 або 0.

Аналогові телефонні лінії використовуються в телефонії з незапам'ятних часів. Навіть телефони п'ятдесятирічної давності, швидше за все, вдасться підключити до абонентського шлейфу – лінії між домашньою телефонною розеткою та центральною телефонною станцією. (Центральна телефонна станція - це не блискучий хмарочос у центрі міста; довжина абонентського шлейфу в середньому не перевищує 2,5 миль (чотирьох кілометрів), так що "центральна телефонна станція", як правило, міститься в якійсь непоказній будівлі неподалік.)

Під час телефонної розмовивбудований в телефонну трубку мікрофон перетворює мова в аналоговий сигнал, що передається на центральну телефонну станцію, звідки він потрапляє або на інший абонентський шлейф, або на інші комутаційні пристрої, якщо номер, що викликається, знаходиться поза зоною дії даної станції. При наборі номера телефонний апарат генерує сигнали, що передаються по тому ж основному каналу (in-band signals), що вказують, кому призначений даний виклик.

За час свого існування телефонні компаніїнакопичили великий досвід у передачі мови. Встановлено, що для виконання цього завдання в основному достатньо діапазон частот від 300 до 3100 Гц. Нагадаємо, що аудіосистеми класу hi-fi здатні відтворювати звук без спотворень у частотному діапазоні 20-20000 Гц, а значить, телефонного діапазону вистачає зазвичай тільки для того, щоб абонент міг дізнатися того, хто телефонує по голосу (для інших застосувань цей діапазон з великою ймовірністю виявиться надто вузький - для передачі музики, наприклад, телефонний зв'язокзовсім не годиться). Плавний спад амплітудно-частотної характеристики на високих та низьких частотах телефонні компанії забезпечують за допомогою аналогового телефонного каналу 4000 Гц.

Центральна телефонна станція, як правило, оцифровує сигнал, призначений для подальшої передачі по телефонної мережі. За винятком Джілбет Каунті (шт. Арканзас) та Рет Форк (шт. Вайомінг), у всіх американських телефонних мережах сигнал між центральними станціями передається в цифровому вигляді. Хоча в багатьох компаніях використовуються цифрові установчі АТС та засоби передачі даних, а всі засоби ISDN засновані на цифровому кодуванні, абонентські шлейфи, як і раніше, залишаються "останнім оплотом" аналогового зв'язку. Пояснюється це тим, що більшість телефонів у приватних будинках не мають засобів оцифровки сигналу та не можуть працювати з лініями пропускною здатністю понад 4000 Гц.

НА ЩО ВИСТАЧАЄ 4000 ГЦ?

Модем - це пристрій, що перетворює цифрові сигнали комп'ютера аналогові сигнали з частотами, в межах смуги пропускання телефонної лінії. Максимальна пропускна здатність каналу пов'язана зі смугою пропускання. Точніше, величина пропускної спроможності (у бітах/сек) визначається смугою пропускання та допуском на відношення сигнал/шум. В даний час максимальна пропускна здатність модемів - 33,6 Кбіт/с - вже близька до цієї межі. Користувачі модемів із пропускною здатністю 28,8 Кбіт/с добре знають, що зашумлені аналогові лінії рідко забезпечують їхню повну. пропускну здатність, яка часто виявляється значно нижче. Стиснення, кешування та інші викрутки допомагають трохи виправити ситуацію, і тим не менш ми швидше доживемо до винаходу вічного двигуна, ніж до появи модемів з пропускною здатністю 50 або хоча б 40 Кбіт/с на звичайних аналогових лініях.

Телефонні компанії вирішують обернену задачу - оцифровують аналоговий сигнал. Для передачі цифрового сигналу, що отримується, використовуються канали пропускною здатністю 64 Кбіт/с (це - світовий стандарт). Такий канал, що називається DS0 (digital signal, нульовий рівень), є базовою цеглиною, з якої будуються всі інші телефонні лінії. Наприклад, можна об'єднати (правильний термін - ущільнити) 24 канали DS0 у канал DS1. Орендуючи лінію T-1, користувач фактично отримує канал DS1. Підраховуючи сумарну пропускну здатність DS1, треба пам'ятати, що після кожних 192 інформаційних біт (тобто 8000 разів на секунду) передається один біт синхронізації: всього виходить 1,544 Мбіт/с (64000 помножити на 24 плюс 8000).

ВИДІЛЕНІ ЛІНІЇ, КОМУТУЮЧІ ЛІНІЇ

Крім лінії Т-1 клієнт може орендувати виділені лінії або користуватися звичайними лініями, що комутують. Орендуючи у телефонної компанії канал T-1 або низькошвидкісну лінію передачі даних, наприклад цифрову лінію dataphone (dataphone digital service, DDS), абонент фактично бере напрокат пряме з'єднання і в результаті стає єдиним користувачем каналу з пропускною здатністю 1,544 Мбіт/с (T-1 ) або 56 Кбіт/с (низькошвидкісна лінія).

Хоча технологія frame relay передбачає комутацію індивідуальних кадрів, відповідні послуги пропонуються користувачеві у вигляді віртуальних каналів зв'язку між фіксованими кінцевими точками. З погляду архітектури мережі, frame relay слід розглядати, швидше, як виділену, ніж як лінію, що комутується; важливий той факт, що ціна такої послуги за тієї ж пропускної спроможності істотно нижча.

Комутаційні послуги (прикладом їх може бути обслуговування звичайного квартирного телефону) - це послуги, які у телефонної компанії. Абоненту на вимогу надається з'єднання, що здійснюється за допомогою мережі комутаторів загального користування, з будь-яким вузлом телефонної мережі. На відміну від ситуації з виділеними лініями, плата в цьому випадку стягується за час з'єднання або реальний обсяг трафіку і залежить переважно від частоти та обсягу користування мережею. Комутаційні послуги цифрового зв'язкуможуть надаватися на основі протоколів X.25, Switched 56, ISDN Basic Rate Interface (BRI), ISDN Primary Rate Interface (PRI), Switched Multimegabit Data Service (SMDS) та ATM. Деякі організації, наприклад, університети, залізниціабо муніципальні організації, створюють приватні мережі з використанням власних комутаторів та орендованих, а часом навіть своїх власних ліній.

Якщо лінія, отримана від телефонної компанії, цифрова, то для обміну даними між телефонною мережею та кінцевим обладнанням (цим терміном телефонні компанії позначають таке обладнання, як комп'ютери, факсимільні апарати, відеотелефони та цифрові телефонні апарати) не потрібно виконувати перетворення цифрових сигналів на аналогові, отже, потреба у модемі відпадає. Тим не менш, і в цьому випадку користування телефонною мережею накладає певні вимоги на абонента. Зокрема, слід забезпечувати коректне кінцеве закладення абонентського шлейфу, правильну передачу трафіку та підтримку діагностики, що виконується телефонною компанією.

Лінія, що підтримує протокол ISDN BRI, має бути приєднана до пристрою під назвою NT1 (Network Termination 1). Крім кінцевого закладення лінії та підтримки діагностичних процедур пристрій NT1 здійснює узгодження двопровідного абонентського шлейфу з чотирипровідною системою цифрового кінцевого обладнання. У разі використання орендованих цифрових ліній T-1 або DDS, а також послуг цифрового зв'язку як навантаження лінії слід використовувати модуль обслуговування каналу (channel service unit, CSU). CSU працює як термінатор, забезпечує коректне навантаження лінії та відпрацьовує команди діагностики. Кінцеве обладнання, що є у клієнта, взаємодіє з модулем обслуговування даних (data service unit, DSU), який перетворює цифрові сигнали до стандартного виду та передає їх на CSU. Конструктивно CSU та DSU часто об'єднуються в один модуль під назвою CSU/DSU. DSU можна вбудувати у маршрутизатор або мультиплексор. Таким чином, і в цьому випадку (хоча модеми тут не потрібні) знадобиться встановлення певних інтерфейсних пристроїв.

НОСІЇ ДЛЯ ТЕЛЕФОННОГО ЗВ'ЯЗКУ

Більшість аналогових абонентських шлейфів лише за дуже сприятливих умов може забезпечити пропускну спроможність 33,6 Кбіт/с. З іншого боку, та сама кручена пара, що з'єднує офіс з центральною телефонною станцією, цілком може використовуватися для роботи з ISDN BRI, що дає пропускну здатність за даними 128 Кбіт/с та ще 16 Кбіт/с для керування та налаштування. У чому тут річ? Сигнал, що передається за аналоговими телефонними лініями, піддається фільтрації для придушення всіх частот понад 4 КГц. При використанні цифрових ліній такої фільтрації не потрібно, тому смуга пропускання кручений пари виявляється суттєво ширше, а отже, підвищується пропускна спроможність.

Орендовані лінії з пропускною здатністю 56 і 64 Кбіт/с є двопровідними або чотирипровідними цифровими лініями (в останньому випадку одна пара використовується для передачі, а інша - для прийому). Ці ж лінії придатні як носій для надання послуг цифрового зв'язку, наприклад frame relay або Switched 56. Як носій для T-1, а також ISDN PRI і frame relay часто застосовують чотирипровідні лінії або навіть оптичні кабелі. Лінії T-3 іноді являють собою коаксіальний кабельАле частіше вони все-таки виконуються на основі оптичного.

Хоча ISDN, як і раніше, привертає найширшу увагу як засіб високошвидкісної передачі сигналу на великі відстані, останнім часом з'явилися нові засоби зв'язку для "останньої милі" (тобто абонентського шлейфу). Компанії PairGain та AT&T Paradyne пропонують продукти на базі розробленої компанією Bellcore технології високошвидкісного цифрового абонентського шлейфу (high bit-rate digital subscriber loop, HDSL). Дані продукти дозволяють зрівняти можливості всіх абонентських шлейфів; встановивши HDSL пристрої на обох кінцях лінії, можна отримати пропускну здатність DS1 (1,544 Мбіт/с) практично на всіх існуючих абонентських шлейфах. (HDSL довжиною до 3,7 км може використовуватися на абонентських шлейфах без повторювачів у разі стандартних дротів 24 калібру. Для роботи звичайних ліній T-1 необхідно ставити повторювачі через кожні кілометр-півтора). Альтернативою HDSL у досягненні пропускної спроможності DS1 на "останній милі" є або використання оптичного кабелю (що дуже накладно), або встановлення кількох повторювачів на кожній лінії (це не так дорого, як оптоволоконна техніка, але все одно недешево). З іншого боку, у разі істотно зростають витрати телефонної компанії, отже й клієнта, підтримки лінії у робочому стані.

Але навіть і HDSL - не останнє слово техніки в області збільшення пропускної спроможності на останній милі. Очікується, що спадкоємець HDSL, технологія асиметричного цифрового абонентського шлейфу (asymmetrical digital subscriber line, ASDL) зможе забезпечити пропускну здатність 6 Мбіт/с в одному напрямку; пропускна спроможність іншого значно нижче - що-небудь близько 64 Кбіт/с. В ідеалі або, як мінімум, за відсутності чиєїсь монополії - якщо вважати, що вартість послуги для клієнта приблизно відповідає її собівартості для телефонної компанії - велика частка клієнтів могла б користуватися ISDN PRI (або іншими послугами на базі T-1) за ціною , Порівнянна з теперішньою ціною ISDN BRI.

Однак сьогодні прихильникам ISDN, швидше за все, турбуватися нема про що; Найчастіше телефонні компанії віддадуть перевагу збільшити пропускну спроможність ліній і покласти весь прибуток собі в кишеню без зниження вартості послуг для клієнта. Зовсім не очевидно, що тарифи на послуги мають бути засновані на здоровому глузді.

Таблиця 1.Типи телефонних послуг

Смуга пропускання (прозорості)- діапазон частот , не більше якого амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) акустичного, радіотехнічного, оптичного чи механічного пристрою досить рівномірна у тому, щоб забезпечити передачу сигналу без істотного спотворення його форми. Іноді замість терміну «смуга пропускання» використовують термін «смуга частот, що ефективно передається (ЕППЧ)». В ЕППЛ зосереджено основну енергію сигналу (не менше 90 %). Цей діапазон частот встановлюється для кожного сигналу експериментально відповідно до вимог якості.

Основні параметри смуги пропускання

Основні параметри, що характеризують смугу пропускання частот – це ширина смуги пропускання та нерівномірність АЧХ у межах смуги.

Ширина смуги пропускання

Ширина смуги пропускання – смуга частот, у межах якої нерівномірність частотної характеристики не перевищує заданої.

Ширина смуги зазвичай визначається як різниця верхньої та нижньої граничних частот ділянки АЧХ f 2 − f 1 (\displaystyle f_(2)-f_(1)), на якому амплітуда коливань дорівнює 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(\sqrt (2))))(або, що еквівалентно 1 2 (\displaystyle (\frac (1)(2)))для потужності) від максимальної. Цей рівень приблизно відповідає -3 дБ.

Ширина смуги пропускання виявляється у одиницях частоти (наприклад, в герцах).

У радіозв'язку та пристроях передачі інформації розширення смуги пропускання дозволяє передати Велика кількістьінформації.

Нерівномірність АЧХ

Нерівномірність АЧХ характеризує рівень її відхилення від прямої, паралельної осі частот.

Ослаблення нерівномірності АЧХ у смузі покращує відтворення форми сигналу, що передається.

Розрізняють:

• Абсолютну смугу пропускання: 2Δω = Sa
• Відносну смугу пропускання: 2Δω/ωo = So

Конкретні приклади

Теоретично антен смуга пропускання - діапазон частот, у яких антена працює ефективно, зазвичай околиця центральної (резонансної) частоти. Залежить від типу антени, її геометрії. Насправді смуга пропускання зазвичай визначається за заданим рівнем КСВ (коефіцієнта стоячої хвилі), наприклад, дорівнює 2.

З визначення смуги пропускання видно, що дисперсія накладає обмеження на дальність передачі і на верхню частоту сигналів, що передаються.

Вимоги до смуги пропускання різних пристроїввизначаються їх призначенням. Наприклад, для телефонного зв'язку достатньо смуга близько 3 кГц (300-3400 Гц), для високоякісного відтворення музичних творів - не менше 30-16000 Гц, а для телевізійного мовлення - шириною до 8 МГц)

Майже всі електричні сигнали, що відображають реальні повідомлення, містять нескінченний спектр частот. Для неспотвореної передачі таких сигналів потрібен канал з нескінченною смугою пропускання. З іншого боку, втрата прийомі хоча б однієї складової спектра призводить до спотворення тимчасової форми сигналу. Тому ставиться завдання передавати сигнал в обмеженій смузі пропускання каналу таким чином, щоб спотворення сигналу задовольняли вимогам якості передачі інформації. Таким чином, смуга частот – це обмежений (виходячи з техніко-економічних міркувань та вимог до якості передачі) спектр сигналу.

Ширина смуги частот ΔF визначається різницею між верхньою F і нижньою F Н частотами в спектрі повідомлення, з урахуванням його обмеження. Так, для періодичної послідовності прямокутних імпульсів смуга сигналу орієнтовно може бути знайдена з виразу:

де t n - Тривалість імпульсу.

1. Первинний телефонний сигнал (мовленнєве повідомлення), званий також абонентським, є нестаціонарним випадковим процесом зі смугою частот від 80 до 12 000 Гц. Розбірливість мови визначається формантами (посилені області діапазону частот), більшість яких розташовано в смузі 300...3400 Гц. Тому за рекомендацією Міжнародного консультативного комітету з телефонії та телеграфії (МККТТ) для телефонної передачі прийнята смуга частот, що ефективно передається 300 … 3400 Гц. Такий сигнал називається сигналом тональної частоти (ТЧ). При цьому якість сигналів, що передаються, виходить досить високою - складова розбірливість становить близько 90%, а розбірливість фраз - 99%.

2. Сигнали звукового мовлення . Джерелами звуку під час передачі програм мовлення є музичні інструменти чи голос людини. Спектр звукового сигналузаймає смугу частот 20...20000 Гц.

Для досить високої якості (канали мовлення першого класу) смуга частот ∆F C повинна становити 50...10000 Гц для бездоганного відтворення програм мовлення (канали вищого класу) - 30 ... 15000 Гц., Другого класу - 100 ... 6800 Гц.

3. У мовному телебаченні прийнято метод послідовного перетворення кожного елемента зображення в електричний сигналз наступною передачею цього сигналу одним каналом зв'язку. Для реалізації такого принципу на передавальній стороні застосовуються спеціальні електронно-променеві трубки, що перетворюють оптичне зображенняоб'єкта, що передається, в розгорнутий в часі електричний відеосигнал.

Малюнок 2.6 – Конструкція труби, що передає

Як приклад на малюнку 2.6 представлений у спрощеному вигляді один із варіантів передавальної трубки. Усередині скляної колби, що знаходиться під високим вакуумом, розташовані напівпрозорий фотокатод (мішень) та електронний прожектор (ЕП). Зовні на горловину трубки надіта система, що відхиляє (ОС). Прожектор формує тонкий електронний промінь, який під впливом поля, що прискорює, прямує до мішені. За допомогою системи, що відхиляє, промінь переміщається зліва направо (по рядках) і зверху вниз (по кадру), оббігаючи всю поверхню мішені. Сукупність всіх (N) рядків називається растром. На ціль трубки, покриту світлочутливим шаром, проектується зображення. В результаті кожна елементарна ділянка мішені набуває електричний заряд. Утворюється званий потенційний рельєф. Електронний промінь, взаємодіючи з кожною ділянкою (точкою) потенційного рельєфу, ніби стирає (нейтралізує) її потенціал. Струм, який тече через опір навантаження R н, залежатиме від освітленості ділянки мішені, на який потрапляє електронний промінь, і на навантаженні виділиться відеосигнал U (рисунок 2.7). Напруга відеосигналу буде змінюватися від рівня "чорного", що відповідає найбільш темним ділянкам зображення, що передається, до рівня "білого", що відповідає найбільш світлим ділянкам зображення .

Рисунок 2.7 – Форма телевізійного сигналу на часовому інтервалі, де немає кадрових імпульсів.

Якщо рівню "білого" відповідатиме мінімальне значення сигналу, а рівню "чорного" – максимальне, то відеосигнал буде негативним (негативною полярністю). Характер відеосигналу залежить від конструкції та принципу дії передавальної трубки.

Телевізійний сигнал є імпульсним однополярним (оскільки він є функцією яскравості, яка не може бути різнополярною) сигналом. Він має складну форму, і його можна у вигляді суми постійної та гармонійних складових коливань різних частот.
Рівень постійної складової характеризує середню яскравість зображення, що передається. При передачі рухомих зображень величина постійної складової безперервно змінюватися відповідно до освітленості. Ці зміни відбуваються з дуже низькими частотами(0-3 Гц). За допомогою нижніх частот спектра відеосигналу відтворюються великі деталі зображення.

Телебачення, як і світлове кіно, стало можливим завдяки інерційності зору. Нервові закінчення сітківки ока продовжують ще якийсь час залишатися збудженими після припинення дії світлового подразника. При частоті зміни кадрів F до ≥ 50 Гц очей не помічає уривчастості зміни зображення. У телебаченні час зчитування всіх N рядків (час кадру – T к) вибирається рівним T к = с. З метою зменшення мерехтіння зображення використовується надрядкова розгортка. Спочатку за час напівкадра, що дорівнює Т п/к = = с, зчитуються почергово всі непарні рядки, потім, за такий самий час – усі парні рядки. Частота спектра відеосигналу вийде при передачі зображення, що є поєднанням світлої і темної половини растру (рисунок 2.8). Сигнал є імпульси близькі формою до прямокутної. Мінімальна частота цього сигналу при надрядковій розгортці частоті полів, тобто.

Рисунок 2.8 – Визначення мінімальної частоти спектра частот телевізійного сигналу

За допомогою верхніх частот передаються дрібніші деталі зображення. Таке зображення можна представити у вигляді дрібних чорних і білих квадратів, що чергуються по яскравості, зі сторонами, рівними діаметру променя (рисунок 2.9, а), розташованими вздовж рядка. Таке зображення міститиме максимальна кількістьелементів зображення.

Рисунок 2.9 – Визначення максимальної частоти відеосигналу

Стандарт передбачає розкладання зображення у кадрі на N = 625 рядків. Час проведення одного рядка (рис. 2.9, б) буде дорівнює . Зміна, що змінюється по рядку, вийде, коли чергуються чорні і білі квадратики. Мінімальний період сигналу буде дорівнювати часу зчитування пари квадратів:

де n пар – число пар квадратів у рядку.

Число квадратів (n) у рядку дорівнює:

де – формат кадру (див. рисунок 2.2.4, а),

b – ширина, h – висота поля кадру.

Тоді; (2.10)

Формат кадру приймається рівним =4/3. Тоді верхня частота сигналу F буде дорівнювати:

При передачі 25 кадрів в секунду з 625 рядками в кожному номінальне значення частоти розкладання рядків (частота рядків) дорівнює 15.625 кГц. Верхня частота телевізійного сигналу дорівнюватиме 6.5 МГц.

Відповідно до прийнятого в нашій країні стандарту напруга повного відеосигналу U ТВ, що складається з імпульсів синхронізації U C , сигналу яскравості і гасять імпульсів U P становить U ТВ = U P + U C = 1В. У цьому U C = 0.3 U ТВ, а U P =0.7 U ТВ. Як видно з малюнку 2.10 сигнал звукового супроводурозташовується вище спектру (fн ЗВ = 8 МГц) відеосигналу. Зазвичай сигнал відео передається у вигляді амплітудної модуляції (АМ), а сигнал звуку – частотної (ЧМ) .

Іноді, з метою економії лінії каналу верхня частота відеосигналу обмежується значенням Fв = 6.0 МГц, а несуча звуку передається на частоті fн зв = 6.5 МГц.

Рисунок 2.10 – Розміщення спектрів сигналів зображення та звуку у радіоканалі телевізійного мовлення.

Практикум (подібні завдання входять до екзаменаційних квитків)

Завдання №1: Знайти частоту проходження імпульсів переданого сигналу і смугу пропускання сигналу, якщо на екрані телевізора спостерігається 5 пар чорно-білих вертикальних смуг, що чергуються.

Завдання №2: Знайти частоту проходження імпульсів переданого сигналу і смугу пропускання сигналу, якщо на екрані телевізора спостерігається 10 пар чорно-білих горизонтальних смуг, що чергуються.

При розв'язанні задачі №1 необхідно використати відому величину тривалості одного рядка стандартного сигналу ТБ. За цей час відбудеться зміна 5-ти імпульсів, що відповідають рівню чорного і 5-ти імпульсів, що відповідають рівню білого (можна обчислити їх тривалість). Таким чином, можна визначити частоту зміни імпульсів та смугу пропускання сигналу.

При розв'язанні задачі №2 виходьте із загальної кількості рядків у кадрі, визначте, скільки рядків припадає на одну горизонтальну смугу, врахуйте, що розгортка здійснюється через рядок. Так ви визначите тривалість імпульсу, що відповідає рівню чорного або білого. Далі як у задачі №1

При оформленні підсумкової роботи для зручності використовуйте графічне зображення сигналів та спектрів.

4. Факсимільні сигнали. Факсимільний (фототелеграфний) зв'язок – це передача нерухомих зображень (малюнок, креслень, фотографій, текстів, газетних шпальт тощо). Пристрій перетворення факсимільного повідомлення (зображення) перетворює світловий потік, що відображається від зображення, електричний сигнал (Малюнок 2.2.6)

Малюнок 2.11 - Функціональна схемафаксимільного зв'язку

Де 1 – канал факсимільного зв'язку; 2 – привід, синхронізуючі та фазуючі пристрої; 3 – передавальний барабан, на який міститься оригінал переданого зображення на паперовому носії; ФЕП – фотоелектронний перетворювач відбитого світлового потоку електричний сигнал; ОС – оптична системадля формування світлового променя.

При передачі елементів, що чергуються по яскравості, сигнал набуває вигляду імпульсної послідовності. Частоту проходження імпульсів у послідовності називають частотою малюнка. Максимального значення частота малюнка, Гц, досягає при передачі зображення, елементи і проміжки, що розділяють, якого рівні розмірам розгортаючого променя:

F рисmax = 1/(2τ u) (2.12)

де u - тривалість імпульсу, рівна тривалості передачі елемента зображення, яку можна визначити через параметри розгортаючого пристрою.

Так, якщо π·D – довжина рядка, а S – крок розгортки (діаметр розгортаючого променя), то рядку π·D/S елементів. При N обертах за хвилину барабана, що має діаметр D, час передачі елемента зображення, що вимірюється в секундах:

Мінімальна частота малюнка (при зміні по рядку), Гц, буде при розгортці зображення, що містить по довжині рядка чорну та білу смуги, що дорівнює по ширині половині довжини рядка. При цьому

F pus min = N/60, (2.14)

Для виконання задовільного за якістю фототелеграфного зв'язку достатньо передавати частоти від F рис до F рис max . Міжнародний консультативний комітет з телеграфії та телефонії рекомендує для факсимільних апаратів N = 120, 90 та 60 об/хв; S = 0.15 мм; D=70 мм. З (2.13) і (2.14) випливає, що за N = 120 F рис max = 1466 Гц; F рис min = 2 Гц; за N = 60 F рис max = 733 Гц; F рис min = 1 Гц; Динамічний діапазон факсимільного сигналу становить 25 дБ.

Телеграфні сигнали та сигнали передачі даних. Повідомлення та сигнали телеграфії та передачі даних відносяться до дискретних.

Пристрої перетворення телеграфних повідомлень і даних представляють кожен знак повідомлення (літеру, цифру) як певної комбінаціїімпульсів та пауз однакової тривалості. Імпульс відповідає наявності струму на виході пристрою перетворення, пауза – відсутності струму.

Для передачі даних використовують складніші коди, які дозволяють виявляти та виправляти помилки в прийнятій комбінації імпульсів, що виникають від дії перешкод.

Пристрої перетворення сигналів телеграфії та передачі даних у повідомлення за прийнятими комбінаціями імпульсів і пауз відновлюють відповідно до таблиці коду знаки повідомлення та видають їх на принтер або екран дисплея.

Чим менша тривалість імпульсів, що відображають повідомлення, тим більше їх буде передано в одиницю часу. Величина, зворотна тривалості імпульсу, називається швидкістю телеграфування: У = 1/τ і де τ і – тривалість імпульсу, з. Одиницю швидкості телеграфування назвали бодом. При тривалості імпульсу і = 1 зі швидкість В = 1 Бод. У телеграфії використовуються імпульси тривалістю 0.02, що відповідає стандартній швидкості телеграфування 50 Бод. Швидкості передачі значно вище (200, 600, 1200 Бод і більше).

Сигнали телеграфії та передачі даних зазвичай мають вигляд послідовностей прямокутних імпульсів (рис. 2.4 а).

Під час передачі двійкових сигналів достатньо зафіксувати лише знак імпульсу при двополярному сигналі або наявність або відсутність – при однополярному сигналі. Імпульси можна впевнено зафіксувати, якщо їх передачі використовується ширина смуги частот, чисельно рівна швидкості передачі в бодах. Для стандартної швидкості телеграфування Бод 50 ширина спектра телеграфного сигналу складе 50 Гц. При швидкості 2400 Бод (середньошвидкісна система передачі) ширина спектра сигналу дорівнює приблизно 2400 Гц.

5. Середня потужність повідомлень Р СР визначається шляхом усереднення результатів вимірів за великий проміжок часу.

Середня потужність, яку розвиває випадковий сигнал s(t) на резисторі опором 1 Ом:

Потужність, укладену в кінцевій смузі частот між 1 і 2 , визначають інтегруванням функції G(ω) β відповідних межах:

Функція G(ω) ο являє собою спектральну щільність середньої потужності процесу, тобто потужність, укладену в нескінченно малій смузі частот.

Для зручності розрахунків потужність зазвичай дається у відносних одиницях, виражених у логарифмічній формі (децибелах, дБ). В цьому випадку рівень потужності:

Якщо еталонна потужність РЕ = 1 мВт, то р х називають абсолютним рівнем і виражають у дБм. З огляду на це абсолютний рівень середньої потужності:

Пікова потужність р пік (ε %) – це значення потужності повідомлення, яке може перевищуватися протягом ε % часу.

Пік-фактор сигналу визначається ставленням пікової потужності до середньої потужності повідомлення, дБ,

З останнього виразу, поділивши чисельник та знаменник на РЕ, з урахуванням (2.17) та (2.19) визначимо пік-фактор як різницю абсолютних рівнів пікової та середньої потужностей:

Під динамічним діапазоном D (ε%) розуміють відношення пікової потужності до мінімальної потужності повідомлення Р min . Динамічний діапазон, як і пік-фактор, прийнято оцінювати в дБ:

Середня потужність сигналу тональної частоти, виміряна в годину найбільшого навантаження (ЧПН), з урахуванням сигналів управління – набору номера, виклику тощо – становить 32 мкВт, що відповідає рівню (порівняно з 1 мВт) p ср = –15 дБм

Максимальна потужність телефонного сигналу, ймовірність перевищення якої дуже мала, дорівнює 2220 мкВт (що відповідає рівню +3.5 дБм); мінімальна потужність сигналу, який ще чути на тлі шумів, прийнята рівною 220000 пВт (1 пВт = 10 -12 мВт), що відповідає рівню – 36.5 дБм.

Середня потужність Р СР сигналу мовлення (виміряна в точці з нульовим відносним рівнем) залежить від інтервалу усереднення і дорівнює 923 мкВт за усереднення за годину, 2230 мкВт - за хвилину і 4500 мкВт - за секунду. Максимальна потужність сигналу мовлення 8000 мкВт.

Динамічний діапазон D C сигналів мовлення становить мови диктора 25…35 дБ, для інструментального ансамблю 40…50 дБ, для симфонічного оркестру до 65 дБ.

Первинні дискретні сигнали зазвичай мають вигляд прямокутних імпульсів постійного або змінного струму, як правило, з двома дозволеними станами (двійкові або двопозиційні).

Швидкість модуляції визначається кількістю одиничних елементів (елементарних посилок), що передаються в одиницю часу, та вимірюється в бодах:

В = 1/τ і (2.23)

де і - тривалість елементарної посилки.

Швидкість передачі визначається кількістю інформації, що передається в одиницю часу, і вимірюється в біт/с:

де М - Число позицій сигналу.

В двійкових системах(М=2) кожен елемент несе 1 біт інформації, тому згідно (2.23) та (2.24) :

max =В, біт/с (2.25)

Контрольні питання

1. Дайте визначення поняттям "інформація", "повідомлення", "сигнал".

2. Як визначити кількість інформації в окремому повідомленні?

3. Які види сигналів є?

4. Чим відрізняється дискретний сигналвід безперервного?

5. Чим відрізняється спектр періодичного сигналу від спектру неперіодичного сигналу?

6. Визначте ширину смуги частот сигналу.

7. Поясніть сутність надсилання повідомлень.

8. Яким способом здійснюється розгортка ТВ зображення?

9. Чому дорівнює частота зміни кадрів у ТБ системі?

10. Поясніть принцип роботи трубки, що передає ТВ.

11. Поясніть склад повного телебачення.

12. Дайте поняття динамічного діапазону?

13. Перерахуйте основні сигнали електрозв'язку. Які частотні діапазони займають спектри?

2.1.1. Аналогові телефонні мережі

Аналогові телефонні мережі відносяться до глобальним мережамз комутацією каналів, які створювалися надання загальнодоступних телефонних послуг населенню. Аналогові телефонні мережі орієнтовані на з'єднання, яке встановлюється до початку розмови (передачі голосу) між абонентами. Телефонна мережа утворюється (комутується) за допомогою комутаторів автоматичних телефонних станцій.

Телефонні мережі складаються з:

• автоматичних телефонних станцій (АТС);
• телефонних апаратів;
• магістральних ліній зв'язку (ліній зв'язку між АТС);
• абонентських ліній (ліній, що з'єднують телефони з АТС).

Абонент має виділену лінію, яка з'єднує його телефон з АТС. Магістральні лінії зв'язку використовуються по черзі абонентами.

Аналогові телефонні мережі використовуються також і для передачі даних як:

• мереж доступу до мереж з комутацією пакетів, наприклад, підключення до Інтернету (застосовуються як комутовані, так і виділені телефонні лінії);
• магістралей пакетних мереж (переважно застосовуються виділені телефонні лінії).

Аналогова телефонна мережа з комутацією каналів надає пакетній мережі послуги фізичного рівня, яка після комутації є фізичним каналом "крапка-крапка".

Звичайна телефонна мережа або POTS(Plain Old Telephone Service - старий "плоский" телефонний сервіс) забезпечує пропускання голосового сигналу між абонентами з діапазоном частот до 3,1 кГц, що є достатнім для нормальної розмови. Для зв'язку з абонентами використовується двопровідна лінія, через яку сигнали обох абонентів під час розмови йдуть одночасно у зустрічних напрямках.

Телефонна мережа складається з багатьох станцій, що мають ієрархічні з'єднання між собою. Комутатори цих станцій прокладають шлях між АТС абонента, що викликає і викликається, під управлінням інформації, що надається системою сигналізації. Магістральні лінії зв'язку між телефонними станціями повинні забезпечувати можливість одночасної передачі великої кількості інформації (підтримувати велика кількістьз'єднань).

Виділяти для кожної сполуки окрему магістральну лінію недоцільно, і для більш ефективного використання фізичних ліній застосовують:

• метод частотного ущільнення каналів;
• цифрові канали та мультиплексування цифрових потоків від безлічі абонентів.

Метод частотного ущільнення каналів (FDM – Frequency Division Multiplexing)

У цьому випадку по одному кабелю передається безліч каналів, в яких голосовий сигнал низькочастотний модулює сигнал високочастотного генератора. Кожен канал має власний генератор і частоти цих генераторів рознесені один від одного настільки, щоб передавати сигнали в смузі до 3,1 кГц з нормальним рівнем поділу один від одного.

Застосування цифрових каналів для магістральних передач

Для цього аналоговий сигнал від абонентської лініїна телефонній станції оцифровується і далі у цифровому вигляді доставляється на телефонну станцію адресата. Там він перетворюється і передається в аналогову абонентську лінію.

Для забезпечення двостороннього зв'язку на телефонній станції кожне закінчення абонентської лінії має кілька перетворювачів – АЦП (аналого-цифровий) та ЦАП (цифро-аналоговий). Для голосового зв'язкузі стандартною смугою пропускання (3,1 кГц) прийнято частоту квантування 8 кГц. Прийнятний динамічний діапазон(відношення максимального сигналу до мінімального) забезпечується при 8-бітному перетворенні.

Разом виходить, кожен телефонний канал вимагає швидкості передачі у 64 кбіт/с (8 біт x 8 кГц).

Часто передачі сигналу обмежуються і 7-битными відліками, а восьмий (молодший) біт використовується з метою сигналізації. У разі чисто голосовий потік скорочується до 56 кбіт/с.

Для ефективного використання ліній магістралі цифрові потоки від багатьох абонентів на телефонних станціях мультиплексуються в канали різної ємності, що з'єднують телефонні станції між собою. На іншому кінці каналу проводиться демультиплексування - виділення необхідного потоку з каналу.

Мультиплексування та демультиплексування, природно, проводиться на обох кінцях одночасно, оскільки телефонний зв'язок двосторонній. Мультиплексування здійснюється за допомогою поділу часу (TDM – Time Division Multiplexing).

У магістральному каналі інформація організована як безперервної послідовності кадрів. Кожному абонентському каналу у кожному кадрі відводиться інтервал часу, протягом якого передаються дані цього каналу.

Таким чином, у сучасних аналогових телефонних лініях абонентської лінії зв'язку передаються аналогові сигнали, а в магістральних лініях передаються цифрові сигнали.

Модеми для комутованих аналогових телефонних ліній

Телефонні мережі загального користування, крім передачі голосу, дозволяють надсилати цифрові дані за допомогою модемів.

Модем (модулятор-демодулятор) служить передачі даних великі відстані з допомогою виділених і комутованих телефонних ліній.

Модулятор двійкову інформацію, що надходить від комп'ютера, перетворює на аналогові сигнали з частотною або фазовою модуляцією, спектр яких відповідає смузі пропускання звичайних голосових телефонних ліній. Демодулятор з цього сигналу витягує закодовану двійкову інформацію і передає її в комп'ютер, що приймає.

Факс-модем (fax-modem) дозволяє передавати та приймати факсимільні зображення, сумісні зі звичайними факс-машинами.

Модеми для виділених телефонних ліній

Виділені фізичні лінії мають смугу пропускання набагато ширшу, ніж комутовані. Для них випускаються спеціальні модеми, що забезпечують передачу даних зі швидкостями до 2048 кбіт/с та на значні відстані.

Технології xDSL

Технології xDSL засновані на перетворенні абонентської лінії звичайної телефонної мережі з аналогової цифрової xDSL (Digital Subscriber Line). Суть цієї технології у тому, що у обох кінцях абонентської лінії – на АТС і в абонента – встановлюються розділові фільтри (splitter).

Низькочастотна (до 3,5 кГц) складова сигналу заводиться на звичайне телефонне обладнання (порт АТС та телефонний апарат у абонента), а високочастотна (вище 4 кГц) використовується передачі даних за допомогою xDSL-модемів.

Технології xDSL дозволяють одночасно використовувати ту саму телефонну лініюі передачі даних, і передачі голоси (телефонних переговорів), чого дозволяють звичайні модеми для комутируемых ліній.