Вопрос № 3. Нормирование загрузки каналов и групповых трактов как мера уменьшения помех и шумов нелинейного происхождения.

(слайд 17)

Многоканальный групповой сигнал в аналоговых системах передачи состоит из разнесенных по частоте сигналов отдельных каналов. Мощность группового сигнала определяется мощностями канальных сигналов и законами суммирования этих сигналов. Средняя мощность группового сигнала будет равна сумме средних мощностей P_i сигналов всех активных каналов: , где n – число активных каналов.

Групповые устройства систем передачи рассчитаны на определенную мощность, превышение которой вызывает их перегрузку. Для повышения порога перегрузки линейного тракта необходимо увеличить питающие напряжения и токи в усилителях, а это потребует увеличения напряжения дистанционного питания необслуживаемых линейных усилителей. Но допустимое напряжение дистанционного питания ограничено электрической прочностью кабеля и соображениями электробезопасности. Уменьшить вероятность перегрузки группового тракта можно также путем снижения мощностей канальных сигналов. Однако уменьшение уровня сигнала приводит к уменьшению защищенности от собственных шумов усилителей.

Групповой сигнал является случайным процессом, поэтому его мощность изменяется по вероятностным законам и в отдельные моменты может превосходить порог перегрузки тракта. При кратковременных перегрузках происходит отсечка короткого пика напряжения группового сигнала. В каналах, занятых под телефонную передачу, это проявляется в виде коротких тресков и существенно не влияет на качество связи. А в каналах, занятых под передачу дискретных сигналов, отсечка пика напряжения равносильна короткому мешающему импульсу, что вызывает искажение передаваемых двоичных символов.

Во избежание перегрузки пиковая мощность группового сигнала не должна превышать порога перегрузки тракта.

До порога перегрузки мощность сигнала на входе четырехполюсника, а следовательно и выходной уровень этого сигнала влияет на величины затухания нелинейности, которые оценивают линейность четырехполюсника и характеризуют защищенность от внятных и невнятных помех нелинейного происхождения. И, наконец, от средней мощности группового сигнала зависит величина мощности шумов нелинейного происхождения.

Для предотвращения заметных взаимных влияний между каналами группового тракта, а также уменьшения нелинейных шумов результирующая мощность многоканального сигнала на выходе устройств группового тракта (например, усилителя) не должна превышать порога перегрузки устройств группового тракта. Если порог перегрузки известен, необходимо обеспечить допустимую загрузку отдельных каналов и группового тракта в целом.

(слайд 18)

Под загрузкой каналов группового тракта будем понимать средние мощности сигналов соответственно на входе отдельных каналов и группового тракта.

Параметры отдельных сигналов, а, следовательно, и группового сигнала случайны. Поэтому решение задачи о загрузке каналов и групповых трактов возможно лишь на основе вероятностных оценок.

В качестве параметров, определяющих загрузку, как следует из вышеизложенного, являются пиковая и средняя мощности группового сигнала.

Пиковой (мгновенной максимальной) мощностью нормируют такую мощность, которая превышается мгновенной мощностью группового сигнала с вероятностью, меньшей 10^-5. Вместо пиковой используют также понятие максимальной эквивалентной мощности – это мощность синусоидального сигнала, амплитуда напряжения (мощность) которого равна пиковому напряжению (пиковой мощности).

Средняя мощность зависит от времени усреднения. Для оценки средней мощности группового сигнала пользуются понятиями долговременной средней мощности , средней мощности за час наибольшей нагрузки (ЧНН)
и средней мощности за минуту
. В многоканальных системах передачи с числом каналов N > 12 долговременная средняя и средняя мощность в ЧНН близки друг к другу (разность между уровнями этих мощностей, как показывают исследования, не превышает 1 дБ), поэтому на практике используют и . При этом возникает вопрос, какую из средних мощностей – или – применять для расчета нелинейных шумов.

В любой системе передачи часть каналов ТЧ используется для телефонной связи. Число активных телефонных каналов непрерывно меняется, изменяется и средняя мощность в активных каналах. Поэтому в трактах с малым числом каналов средняя мощность группового сигнала в ЧНН будет изменяться тем больше, чем меньше число каналов в группе. Канал ТЧ считается активным при непрерывной передаче по каналу речи с паузами между словами не более 350 мс. Время активности канала колеблется в пределах одной минуты, поэтому средняя мощность речевого сигнала – это его мощность, усредненная за время активности канала.

Для расчета нелинейных шумов в трактах с небольшим числом каналов (обычно при N < 300) в качестве средней мощности принимают среднюю за минуту мощность . Мощность нормируют такой величины, чтобы мощность группового сигнала превышала ее с вероятностью не более 10⁻³. При большом числе каналов в тракте колебания мощности группового сигнала нивелируются, и средняя мощность мало зависит от времени усреднения. Поэтому при N ³ 300 для расчетов нелинейных шумов используется средняя за ЧНН мощность – это такая мощность, которая превышается мощностью группового сигнала за ЧНН с вероятностью не более 10⁻².

Исследования статистических свойств групповых сигналов позволили установить нормы на средние и пиковые мощности для типовых групповых и линейных трактов. Нормы загрузки типовых трактов отечественных аналоговых систем передачи, заданные в виде максимально допустимых средних мощностей в точке с относительным нулевым уровнем (без учета предыскажения уровней передачи и без учета мощностей групповых и линейных контрольных частот (КЧ)), приведены в таблице № 1. Средние мощности из приведенной таблицы могут быть использованы для расчетов.

Любая аналоговая система передачи, спроектированная под загрузку средними и пиковыми мощностями групповых сигналов, не превышающими указанных в таблице № 1 величин, может нормально функционировать, если в процессе эксплуатации эти нормы выполняются.

(слайд 19)

Таблица № 1.

Мощности групповых сигналов определяются мощностями и статистическими характеристиками индивидуальных сигналов, вводимых в каналы систем передачи. Поэтому возникает задача согласования энергетических параметров первичных сигналов электросвязи с требованиями по загрузке групповых трактов. Эта задача решается при проектировании стационарных систем передачи и планировании полевых систем передачи путем соответствующего распределения каналов каждого группового тракта и системы передачи в целом под загрузку индивидуальными сигналами с учетом их энергетических свойств.

Кроме каналов, занятых для передачи телефонной информации, в сетях связи большое число каналов занимают под передачу дискретных сигналов. Сигналы аппаратуры передачи данных, тонального телеграфирования, факсимильной связи и т.п. имеют большую среднюю долговременную мощность, чем телефонные сигналы. Кроме того, канал, в который включена такая аппаратура, активен практически все время. Так, сигнал от аппаратуры тонального телеграфирования, передачи данных с частотной модуляцией или фазовой модуляцией, в отличие от телефонного сигнала, поступает в тракт передачи канала ТЧ непрерывно. Поэтому нормирование загрузки группового тракта в каждом конкретном случае зависит от соотношения числа каналов, занятых под передачу различных видов сигналов.

Для стационарных аналоговых систем передачи разработаны варианты нормирования загрузки типовых трактов и каналов передачи, в которых приводится допустимое число каналов, занятых под передачу сигналов различного вида. В таблице № 2, в качестве примера, приведена часть вариантов распределения каналов, занятых под передачу сигналов различного вида, для 12-канальных групповых и линейных трактов.

(слайд 20)

Таблица № 2.

В приведенных вариантах допускается замена различных видов нетелефонных сигналов на сигналы с меньшей среднечасовой мощностью или на телефонные сигналы. Если распределение каналов, отводимых под сигналы различных видов связи, совпадает с указанными вариантами, то можно гарантировать выполнение норм по загрузке и при этом расчет загрузки обычно не производят.

Контрольные вопросы:

1. Доложите определение загрузки каналов групповых трактов.

2. Доложите, чем определяется мощность группового сигнала?

3. Перечислите типы трактов передачи.

Вывод:таким образом, основным методом минимизации возникновения шумов нелинейного происхождения и их негативного влияния на качество связи является нормирование загрузки каналов и трактов.

Заключение

При передаче сигнала по линии связи он искажается и воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения сигналов в канале связи и помехи, воздействующие на сигнал. Искажения часто обусловлены известными характеристиками линии связи и тогда могут быть устранены путем надлежащей коррекции. Помехи заранее неизвестны и поэтому не могут быть полностью устранены. Они весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам. Однако правильная эксплуатация аппаратуры связи и соблюдение норм загрузки каналов и групповых трактов позволяют минимизировать негативное влияние помех (шумов) на качество связи.

Приложение № 1