Методы оценки качества каналов.

Каналом передачи называют совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений от источника информации до потребителя. Качество различных каналов передачи может оцениваться прямыми и косвенными методами.

Прямыми называются методы, позволяющие оценить принимаемые сообщения при сравнении их с исходными. К ним относятся метод определения эквивалента затухания по разборчивости, рекомендованный МККТТ для телефонной связи, метод сравнения эталонных таблиц (тест таблиц), для телефонной и телеграфной связи и т.д. Прямые методы наиболее полно определяют качество каналов передачи. Однако, пользуясь только этими методами, очень трудно определить необходимые мероприятия по улучшению качественных показателей каналов, поэтому их заменяют или дополняют косвенными.

Косвенные методы дают возможность характеризовать канал передачи шириной полосы пропускания, уровнями передачи, динамическим диапазоном, диаграммой уровней, АЧХ, ФЧХ, частотой ошибок за определённый интервал времени. Эти характеристики позволяют судить о состоянии канала и аппаратуры.

 

Уровни передачи.

Оценка количественных соотношений между мощностями в канале передачи, также как и для сообщения, обычно даётся в относительных единицах, выраженных в логарифмической форме и называемых уровнями передачи. Из формулы

 

[22]

 

следует, что уровень передачи будет положительным, если Р_х>Р_э, и отрицательным в противном случае. Нулевое значение уровень будет иметь при Р_х=Р_э.

Уровни передачи подразделяются на абсолютные, относительные и измерительные. Уровни передачи называются абсолютными, если за исходную принята мощность Р_э=1мВт (при этом эффективное напряжение U_э=0,775 В на сопротивлении 600 Ом). Разность абсолютных уровней в рассматриваемой точке канала Р_х и на входе канала Р_вх показывает относительный уровень передачи

 

[23].

 

Точка тракта, где Р_0Х=0, называется точкой нулевого относительного уровня. Абсолютные уровни сигнала или шума и соответствующие им мощности, измеренные в этой точке, принято обозначать дБ м 0 и мВт 0. Измерительным уровнем называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке при условии, что на вход канала подаётся синусоидальный сигнал с фиксированной амплитудой и частотой.

Шириной полосы пропускания канала называется эффективно передаваемая полоса частот. Граничные частоты полосы согласно рекомендациям МККТТ определяются на уровне 8,7 дБ относительно затухания на частоте, принятой в качестве частоты измерительного сигнала.

Динамический диапазон.

Для определения допустимых уровней передачи и режима работы аппаратуры вводят понятие о динамическом диапазоне D, определяемом как логарифм отношения максимально возможной мощности в тракте Р_max к минимально допустимой мощности в тракте Р_min, то есть:

 

[24].

 

Максимальный уровень в тракте превышает средний уровень на величину пик фактора:

 

[25].

 

Минимальное допустимое значение мощности сигнала P_min определяется, как правило, шумами и помехами. Шумы или помехи в случае аналоговых телефонных каналов связи принято характеризировать либо отношением мощности сообщения к мощности шумов или помех на выходе канала, либо мощностью шумов или помех на выходе канала в точке с нулевым относительным уровнем, то есть в той точке, где мощность измерительного сигнала равна 1 мВт.

В телевизионных каналах шумы и помехи принято оценивать отношением квадратов эффективного значения напряжения шумов к квадрату напряжения, соответствующего размаху изображения.

При передаче телефонных сигналов необходимо учитывать, что чувствительность человеческого уха к колебаниям различных частот не одинакова и характеризуется псофометрической кривой с максимальной чувствительностью на частоте 800 Гц. Если выполнить электрический фильтр с коэффициентом передачи соответствующим псофометрической кривой 1 (смотри рисунок 5), то при измерении мощности помех, прошедших через такой фильтр, получим мощность помех, называемую “взвешенной”:

 

[26],

 

где F₁ и F₂ – граничные частоты полосы пропускания канала; G(F) – энергетический спектр помех и шумов; K(F) – коэффициент передачи “взвешивающего” фильтра; R – сопротивление измерительного прибора, согласованного с фильтром. При передаче сигналов вещания “взвешивающий” псофометрический фильтр имеет характеристику (кривая 2). При передаче сигналов телевидения необходимо учитывать чувствительность глаза к различным частотам, которая характеризуется визометрической кривой.

K(F) дБ

 

 

K(F) дБ

 

F, Гц F, МГц

 

Рис.5. АЧХ для псофометрических фильтр Рис.6. Частотная характеристика

для телефонных (1) и вещательных унифицированного

каналов (2). визометрического фильтра.

На рисунке 6 приведена частотная характеристика унифицированного “взвешивающего” фильтра, используемого при измерениях помех и шума в канале передачи телевидения.

 

Телефонный канал.

Образуется комплексом аппаратуры и соединительных линий от выхода микрофона одного абонентного аппарата до входа телефона другого. В настоящее время телефонные каналы организуются, главным образом, с использованием стандартных каналов тональной частоты (ТЧ), которые образуются оконечным оборудованием многоканальных систем, занимают полосу частот 300…3400 Гц и предназначены для передачи практически всех видов первичных сообщений. Структурная схема организации телефонного канала по радиорелейной или спутниковой линии связи показана на рисунке 7. Сигнал от абонента (Аб) по двухпроводной абонентской линии (АЛ) поступает на вход А, дифференциальной системы (ДС). ДС обеспечивает соединение двухпроводной абонентской линии с четырех проводным окончанием канала ТЧ и требуемый запас устойчивости замкнутой системы. Система выполняется таким образом, чтобы между отдельными направлениями четырех проводной части канала затухание было по возможности большим (от С к В и от В` к С`), а между двухпроводным трактом и любым направлением четырёх проводного тракта (от С к А и от А к В) – малым. Развязывающие ДС могут быть выполнены различными методами, однако чаще всего в настоящее время применяется ДС, состоящая из трансформатора (Тр) и балансного контура (Бк) рисунок 8.

 

 

 

 

Рис. 7. Структурная схема организации телефонного канала.

 

Рис. 8. Дифференциальная система.

 

При равенстве числа витков в обмотках трансформатора сопротивление Z_д БК (уравновешивающего двухполюсника) должно быть выбрано равным входному сопротивлению абонентской линии Z_A. Для выполнения требований по затуханию между отдельными плечами ДС необходимо обеспечить следующие соотношения сопротивлений:

 

[27] [28]; [29]; [30].

 

Через ДС сигнал поступает на вход В междугороднего канала – стандартного канала ТЧ. Вход В (С`) и выход С (B`) образуют четырех проводное окончание стандартного канала ТЧ.

Уровень сигнала на выходе канала зависит от его “остаточного затухания”, под которым понимают рабочее затухание а_r, определяемое как алгебраическая разность между суммой всех затуханий а и суммой всех m усилений S:

 

[31].

 

Так как входное и выходное сопротивления канала обычно одинаковы, то “остаточное затухание” можно определить как разность уровней передачи на входе и выходе канала:

 

[32].

 

Если а_r>0, то канал вносит затухание, при а_r<0 канал даёт усиление. При дуплексной телефонной связи МККТТ рекомендует устанавливать “остаточное затухание” а_r= - 7 дБ на частоте 800 Гц при нулевом измерительном уровне на входе канала.

Важно также, чтобы “остаточное затухание” было стабильным во времени, так как при увеличении “остаточного затухания” относительно нормы в канале может возникнуть самовозбуждение, а при уменьшении – ослабление громкости у абонента.

К основным электрическим характеристикам канала ТЧ относятся: “остаточное затухание”, частотная и фазовая характеристики, амплитудная характеристика, помехи и шумы на входе канала и другие.