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Banda de frecuencia estándar en telefonía. ¿Qué es el ancho de banda, el espectro y las bandas laterales de la modulación de frecuencia? Módems para líneas telefónicas dedicadas

Las estaciones se dividen en analógicas y digitales según el tipo de conmutación. La comunicación telefónica, que funciona convirtiendo la voz (voz) en una señal eléctrica analógica y transmitiéndola a través de un canal de comunicación conmutado (telefonía analógica), ha sido durante mucho tiempo el único medio para transmitir mensajes de voz a distancia. La capacidad de muestrear (por tiempo) y cuantificar (por nivel) los parámetros de una señal eléctrica analógica (amplitud, frecuencia o fase) hizo posible convertir una señal analógica en digital (discreta), procesarla mediante métodos de software y transmitirlo a través de redes de telecomunicaciones digitales.

Para transmitir una señal de voz analógica entre dos suscriptores en la red PSTN (red telefónica pública), se proporciona el llamado canal de frecuencia de voz estándar (VoF), cuyo ancho de banda es de 3100 Hz. En un sistema de telefonía digital, las operaciones de muestreo (en tiempo), cuantificación (en nivel), codificación y eliminación de redundancia (compresión) se realizan sobre una señal eléctrica analógica, después de lo cual el flujo de datos así generado se envía al abonado receptor y al “llegar” al destino se somete a procedimientos inversos.

La señal de voz se convierte mediante el protocolo adecuado, según la red a través de la cual se transmite. Actualmente, la transmisión más eficiente de cualquier señal discreta (digital), incluidas las que transportan voz (voz), la proporciona la tecnología digital. redes electricas, que implementan tecnologías de paquetes: IP (Protocolo de Internet), ATM (Modo de transferencia asíncrono) o FR (Frame Relay).

El concepto de transmisión de voz digital se originó en 1993 en la Universidad de Illinois (EE.UU.). Durante el siguiente vuelo del transbordador Endeavour en abril de 1994, la NASA transmitió su imagen y sonido a la Tierra utilizando programa de computadora. La señal recibida se envió a Internet y cualquiera podía escuchar las voces de los astronautas. En febrero de 1995, la empresa israelí VocalTec ofreció la primera versión del programa Internet Phone, diseñada para propietarios de PC multimedia con Windows. Luego se creó una red privada de servidores de telefonía por Internet. Y miles de personas ya lo han descargado. programa de internet Llamé desde la página de inicio de VocalTec y comencé a chatear.

Naturalmente, otras empresas apreciaron rápidamente las perspectivas que ofrece la posibilidad de hablar en diferentes hemisferios y sin pagar por ello. llamadas internacionales. Estas perspectivas no podían pasar desapercibidas, y ya en 1995 llegó al mercado una avalancha de productos diseñados para la transmisión de voz a través de la Red.

Hoy en día, existen varios métodos estandarizados de transmisión de información que están más extendidos en el mercado de servicios de telefonía digital: estos son ISDN, VoIP, DECT, GSM y algunos otros. Intentemos hablar brevemente sobre las características de cada uno de ellos.

¿Qué es entonces la RDSI?

La abreviatura ISDN significa Red Digital de Servicios Integrados, una red digital con integración de servicios. Esta es la generación moderna de la red telefónica mundial, que tiene la capacidad de transferir cualquier tipo de información, incluida la transmisión rápida y correcta de datos (incluida la voz). Alta calidad de usuario a usuario.

Ventaja principal Redes RDSI es que puedes conectar varios dispositivos digitales o analógicos (teléfono, módem, fax, etc.) a un extremo de la red, y cada uno puede tener su propio número de teléfono fijo.

Un teléfono normal está conectado a una central telefónica mediante un par de conductores. En este caso sólo se podrá realizar uno por pareja. conversación telefónica. Al mismo tiempo, en el teléfono se pueden escuchar ruidos, interferencias, radio y voces extrañas: las desventajas del sistema analógico comunicación telefónica, que “recoge” todos los obstáculos a su paso. Cuando se utiliza RDSI, se instala una terminación de red para el suscriptor y el sonido, convertido mediante un decodificador especial a formato digital, se transmite a través de un canal especialmente designado (también completamente digital) al suscriptor receptor, garantizando al mismo tiempo la máxima audibilidad sin interferencias. y distorsión.

La base de la RDSI es una red construida sobre la base de canales telefónicos digitales (que también ofrecen la posibilidad de transmisión de datos por conmutación de paquetes) con una velocidad de transferencia de datos de 64 kbit/s. Los servicios RDSI se basan en dos estándares:

Acceso básico (Basic Rate Interface (BRI)): dos canales B de 64 kbit/s y un canal D de 16 kbit/s

Acceso primario (Interfaz de velocidad primaria (PRI)): 30 canales B de 64 kbps y un canal D de 64 kbps

Normalmente, el ancho de banda BRI es de 144 Kbps. Cuando se trabaja con PRI, se utiliza por completo toda la red troncal de comunicaciones digitales (DS1), lo que resulta en rendimiento 2 Mbit/s. Las altas velocidades que ofrece ISDN la hacen ideal para una amplia gama de servicios de comunicaciones modernos, incluida la transferencia de datos de alta velocidad, uso compartido de pantalla, videoconferencias, transferencia de archivos grandes para multimedia, videotelefonía de escritorio y acceso a Internet.

En sentido estricto, la tecnología RDSI no es más que una de las variedades de “telefonía informática” o, como también se la llama, telefonía CTI (Computer Telephony Integration).

Una de las razones del surgimiento de las soluciones CTI fue la aparición de requisitos para proporcionar a los empleados de la empresa servicios telefónicos adicionales que no eran compatibles con la central telefónica corporativa existente o el costo de comprar e implementar una solución del fabricante de esta central. no era comparable con la comodidad conseguida.

Los primeros indicios de las aplicaciones de los servicios CTI fueron los sistemas de secretarias electrónicas (autoatendidas) y saludos de voz interactivos automáticos (menús), correo de voz corporativo, contestadores automáticos y sistemas de grabación de conversaciones. Para agregar el servicio de una aplicación CTI particular, se conectó una computadora a la central telefónica existente de la empresa. Se instaló una placa especializada (primero en el bus ISA, luego en bus PCI), que se conectaba a la central telefónica a través de una interfaz telefónica estándar. Software computadora que se ejecuta bajo un específico Sistema operativo(MS Windows, Linux o Unix), interactuó con la central telefónica a través de la interfaz del programa (API) de una placa especializada y así aseguró la implementación de un servicio adicional telefonía corporativa. Casi al mismo tiempo se desarrolló una norma interfaz de software para integración computadora-telefonía – TAPI (Telephony API)

Para los sistemas telefónicos tradicionales, la integración de CTI se realiza de la siguiente manera: algunos especializados tablero de computadora conectado a una central telefónica y transmite (traduce) señales telefónicas, el estado de la línea telefónica y sus cambios en forma "programada": mensajes, eventos, variables, constantes. El componente telefónico se transmite a través de la red telefónica y el componente de software se transmite a través de una red de datos o una red IP.

¿Cómo es el proceso de integración en telefonía IP?

En primer lugar, cabe señalar que con la llegada de la telefonía IP, la percepción misma de una central telefónica (Private Branch eXchange - PBX) ha cambiado. IP PBX no es más que otro servicio de red de la red IP y, como la mayoría de los servicios de red IP, funciona de acuerdo con los principios de la tecnología cliente-servidor, es decir, asume la presencia de partes de servicio y de cliente. Así, por ejemplo, el servicio correo electrónico en una red IP tiene una parte de servicio - servidor de correo y la parte del cliente: el programa de usuario (por ejemplo Microsoft Outlook). El servicio de telefonía IP está estructurado de manera similar: la parte de servicio - el servidor IP PBX y la parte del cliente - el teléfono IP (hardware o software) utilizan un único medio de comunicación - la red IP - para transmitir voz.

¿Qué le aporta esto al usuario?

Las ventajas de la telefonía IP son obvias. Entre ellos se encuentran una rica funcionalidad, la capacidad de mejorar significativamente la interacción de los empleados y al mismo tiempo simplificar el mantenimiento del sistema.

Además, las comunicaciones IP están evolucionando de manera abierta debido a la estandarización de protocolos y la penetración global de IP. Gracias al principio de apertura del sistema de telefonía IP, es posible ampliar los servicios prestados e integrarlos con los servicios existentes y planificados.

La telefonía IP le permite construir un único sistema de gestión centralizado para todos los subsistemas con derechos de acceso diferenciados y operar subsistemas en divisiones regionales utilizando personal local.

La modularidad del sistema de comunicaciones IP, su apertura, integración e independencia de componentes (a diferencia de la telefonía tradicional) brindan oportunidades adicionales para construir sistemas verdaderamente tolerantes a fallas, así como sistemas con una estructura territorial distribuida.

Sistemas inalámbricos Comunicaciones DECT:

El estándar de acceso inalámbrico DECT (Telecomunicaciones inalámbricas mejoradas digitales) es el sistema más popular comunicaciones móviles V red corporativa, la opción más económica y sencilla de instalar. Te permite organizar Comunicación inalámbrica en todo el territorio de la empresa, tan necesario para los usuarios "móviles" (por ejemplo, seguridad empresarial o jefes de talleres y departamentos).

La principal ventaja de los sistemas DECT es que con la compra de un teléfono de este tipo se obtiene una mini-PBX para varios números internos casi gratis. El hecho es que, una vez adquiridos, puedes adquirir teléfonos adicionales para la base DECT, cada uno de los cuales recibe su propio número interno. Desde cualquier teléfono puede llamar fácilmente a otros teléfonos conectados a la misma base, transferir llamadas entrantes e internas e incluso realizar una especie de “roaming”: registrar su teléfono en otra base. El radio de recepción de este tipo de comunicaciones es de 50 metros en interior y de 300 metros en exterior.

Para organizar las comunicaciones móviles en redes públicas, se utilizan redes. comunicación celular Estándares GSM y CDMA, cuya efectividad territorial es prácticamente ilimitada. Estos son los estándares de la segunda y tercera generación de comunicaciones celulares, respectivamente. ¿Cuáles son las diferencias?

Cada minuto desde cualquier estación base red celular Varios teléfonos situados en sus inmediaciones intentan contactar a la vez. Por tanto, las estaciones deben proporcionar “acceso múltiple”, es decir, funcionamiento simultáneo de varios teléfonos sin interferencias mutuas.

En los sistemas celulares de primera generación (estándares NMT, AMPS, N-AMPS, etc.), el acceso múltiple se implementa mediante el método de frecuencia - FDMA (Acceso múltiple por división de frecuencia): la estación base tiene varios receptores y transmisores, cada uno de los cuales opera en su propia frecuencia y el radioteléfono sintoniza cualquier frecuencia utilizada en el sistema celular. Al contactar con la estación base a través de un canal de servicio especial, el teléfono recibe una indicación de qué frecuencias puede ocupar y las sintoniza. Esto no es diferente de la forma en que se sintoniza una onda de radio en particular.

Sin embargo, el número de canales que se pueden asignar en la estación base no es muy grande, especialmente porque las estaciones vecinas de la red celular deben tener diferentes conjuntos de frecuencias para no crear interferencias mutuas. La mayoría de las redes celulares de segunda generación comenzaron a utilizar el método de división de canales en tiempo y frecuencia: TDMA (Acceso múltiple por división de tiempo). En tales sistemas (y estas son redes de estándares GSM, D-AMPS, etc.) también se utilizan diferentes frecuencias, pero cada uno de estos canales se asigna al teléfono no durante todo el tiempo de comunicación, sino solo por cortos períodos de tiempo. Otros teléfonos utilizan alternativamente los mismos intervalos restantes. La información útil en dichos sistemas (incluidas las señales de voz) se transmite en forma "comprimida" y en forma digital.

Compartir cada canal de frecuencia con varios teléfonos permite dar servicio a un mayor número de suscriptores, pero todavía no hay suficientes frecuencias. La tecnología CDMA, basada en el principio de división de señales en código, pudo mejorar significativamente esta situación.

La esencia del método de división de código utilizado en CDMA es que todos los teléfonos y estaciones base utilizan simultáneamente el mismo (y al mismo tiempo todo) el rango de frecuencia asignado para la red celular. Para que estas señales de banda ancha se distingan entre sí, cada una de ellas tiene un código “coloreado” específico que asegura que se distingue de las demás.

Durante los últimos cinco años, la tecnología CDMA ha sido probada, estandarizada, autorizada y lanzada por la mayoría de los proveedores de equipos inalámbricos y ya está en uso en todo el mundo. A diferencia de otros métodos de acceso de suscriptores a la red, donde la energía de la señal se concentra en frecuencias o intervalos de tiempo seleccionados, las señales CDMA se distribuyen en un espacio continuo de tiempo-frecuencia. De hecho, este método manipula la frecuencia, el tiempo y la energía.

Surge la pregunta: ¿pueden los sistemas CDMA, con tales capacidades, coexistir “pacíficamente” con las redes AMPS/D-AMPS y GSM?

Resulta que pueden. Las autoridades reguladoras rusas han permitido el funcionamiento de redes CDMA en la banda de radiofrecuencia 828 - 831 MHz (recepción de señal) y 873-876 MHz (transmisión de señal), donde se encuentran dos canales de radio CDMA con un ancho de 1,23 MHz. A su vez, al estándar GSM en Rusia se le asignan frecuencias superiores a 900 MHz, por lo que los rangos operativos de las redes CDMA y GSM no se superponen de ninguna manera.

Lo que quiero decir en conclusión:

Como muestra la práctica, los usuarios modernos gravitan cada vez más hacia los servicios de banda ancha (videoconferencia, transferencia de datos de alta velocidad) y prefieren cada vez más terminal móvil cableado regular. Si además tenemos en cuenta que el número de estos solicitantes en las grandes empresas puede superar fácilmente los mil, obtenemos una serie de requisitos que sólo una centralita digital (PBX) moderna y potente puede satisfacer.

Hoy en día, el mercado ofrece muchas soluciones de varios fabricantes que tienen las capacidades tanto de los PBX, conmutadores o enrutadores tradicionales para redes de datos (incluidas las tecnologías ISDN y VoIP) como las propiedades de las estaciones base inalámbricas.

Hoy en día, las PBX digitales, en mayor medida que otros sistemas, cumplen con los criterios especificados: tienen la capacidad de cambiar canales de banda ancha, conmutación de paquetes y simplemente se integran con sistemas informáticos(CTI) y permitir la organización de microcélulas inalámbricas dentro de las corporaciones (DECT).

¿Cuál de los siguientes tipos de comunicación es mejor? Decide por ti mismo.

Casi todas las señales eléctricas que muestran mensajes reales contienen un espectro infinito de frecuencias. Para una transmisión sin distorsiones de dichas señales se necesitaría un canal con un ancho de banda infinito. Por otra parte, la pérdida de al menos un componente del espectro durante la recepción conduce a una distorsión de la forma temporal de la señal. Por lo tanto, la tarea es transmitir una señal en un ancho de banda de canal limitado de tal manera que la distorsión de la señal cumpla con los requisitos y la calidad de la transmisión de información. Por lo tanto, la banda de frecuencia es un espectro de señal limitado (basado en consideraciones técnicas y económicas y requisitos de calidad de transmisión).

El ancho de banda de frecuencia ΔF está determinado por la diferencia entre las frecuencias FB superior y FH inferior en el espectro del mensaje, teniendo en cuenta sus limitaciones. Por tanto, para una secuencia periódica de pulsos rectangulares, el ancho de banda de la señal se puede encontrar aproximadamente a partir de la expresión:

donde tn es la duración del pulso.

La señal telefónica primaria (mensaje de voz), también llamada señal de abonado, es un proceso aleatorio no estacionario con una banda de frecuencia de 80 a 12.000 Hz. La inteligibilidad del habla está determinada por los formantes (regiones amplificadas del espectro de frecuencia), la mayoría de los cuales se encuentran en la banda 300 ... 3400 Hz. Por lo tanto, por recomendación del Comité Asesor Internacional de Telefonía y Telegrafía (ICITT), se adoptó para la transmisión telefónica una banda de frecuencia transmitida de manera eficiente de 300 ... 3400 Hz. Esta señal se llama señal de frecuencia de voz (VF). Al mismo tiempo, la calidad de las señales transmitidas es bastante alta: la inteligibilidad de las sílabas es de aproximadamente el 90% y la inteligibilidad de las frases es del 99%.

Señales de transmisión de audio. Las fuentes de sonido al transmitir programas retransmitidos son instrumentos musicales o la voz humana. Rango señal de sonido Ocupa una banda de frecuencia de 20...20000 Hz.

Para una calidad suficientemente alta (canales de primera clase) la banda de frecuencia ∆FC debe ser 50...10000 Hz, para una reproducción perfecta de programas de radiodifusión (canales de primera clase) - 30...15000 Hz, segunda clase - 100... 6800 Hz.

En la televisión retransmitida, el método adoptado consiste en convertir alternativamente cada elemento de la imagen en una señal eléctrica y luego transmitir esta señal a través de un canal de comunicación. Para implementar este principio, se utilizan tubos de rayos catódicos especiales en el lado transmisor, que convierten la imagen óptica del objeto transmitido en una señal de video eléctrica desplegada en el tiempo.

Figura 2.2.1 - Diseño del tubo transmisor

Como ejemplo, la Figura 2.2.1 muestra una versión simplificada de una de las opciones de tubo transmisor. Dentro del matraz de vidrio, que se encuentra bajo alto vacío, hay un fotocátodo translúcido (objetivo) y un foco electrónico (EP). Se coloca un sistema de desviación (OS) en la parte exterior del cuello del tubo. El foco genera un fino haz de electrones que, bajo la influencia de un campo acelerado, se dirige hacia el objetivo. Mediante un sistema de desviación, el haz se mueve de izquierda a derecha (a lo largo de las líneas) y de arriba a abajo (a lo largo del marco), recorriendo toda la superficie del objetivo. La colección de todas las (N) filas se denomina ráster. Se proyecta una imagen sobre el objetivo del tubo, recubierto con una capa fotosensible. Como resultado, cada sección elemental del objetivo adquiere carga eléctrica. Se forma el llamado alivio potencial. El haz de electrones, al interactuar con cada sección (punto) del relieve potencial, parece borrar (neutralizar) su potencial. La corriente que fluye a través de la resistencia de carga Rн dependerá de la iluminación del área objetivo donde incide el haz de electrones, y la señal de video Uc se liberará en la carga (Figura 2.2.2). El voltaje de la señal de vídeo variará desde un nivel "negro", correspondiente a las áreas más oscuras de la imagen transmitida, hasta un nivel "blanco", correspondiente a las áreas más claras de la imagen.

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2.1.1. Redes telefónicas analógicas

Las redes telefónicas analógicas se refieren a redes de conmutación de circuitos de área amplia que se crearon para brindar servicios telefónicos públicos al público. Las redes telefónicas analógicas se centran en una conexión que se establece antes de que comiencen las conversaciones (transmisión de voz) entre suscriptores. La red telefónica se forma (conmuta) mediante conmutadores automáticos de centrales telefónicas.

Las redes telefónicas constan de:

centrales telefónicas automáticas (ATS);
aparatos telefónicos;
líneas de comunicación troncales (líneas de comunicación entre centrales telefónicas automáticas);
líneas de abonado (líneas que conectan aparatos telefónicos a PBX).

El abonado dispone de una línea dedicada que conecta su teléfono a la centralita PBX. Los suscriptores utilizan a su vez las líneas de comunicación troncales.

Las redes telefónicas analógicas también se utilizan para la transmisión de datos como:

redes de acceso a redes de conmutación de paquetes, por ejemplo, conexiones a Internet (se utilizan líneas telefónicas de acceso telefónico y arrendadas);
troncales de redes de paquetes (se utilizan principalmente líneas telefónicas dedicadas).

La red telefónica analógica de circuitos conmutados proporciona servicios para la red de paquetes. nivel fisico, que después de la conmutación es un canal físico punto a punto.

Red telefónica regular o OLLAS(Plain Old Telephone Service - antiguo servicio telefónico "plano") garantiza la transmisión de una señal de voz entre suscriptores con un rango de frecuencia de hasta 3,1 kHz, que es suficiente para una conversación normal. Para comunicarse con los abonados se utiliza una línea de dos hilos, a través de la cual las señales de ambos abonados viajan simultáneamente en direcciones opuestas durante una conversación.

La red telefónica consta de muchas estaciones que tienen conexiones jerárquicas entre sí. Los conmutadores de estas estaciones allanan el camino entre las centrales telefónicas del abonado llamante y llamado bajo el control de la información proporcionada por el sistema de señalización. Las líneas de comunicación troncales entre centrales telefónicas deben brindar la capacidad de transmitir simultáneamente una gran cantidad de información (admiten una gran cantidad de conexiones).

No es práctico asignar una línea troncal separada para cada conexión y, para un uso más eficiente de las líneas físicas, se utiliza lo siguiente:

método de multiplexación por división de frecuencia;
canales digitales y multiplexación de transmisiones digitales de múltiples suscriptores.

Método de multiplexación por división de frecuencia (FDM)

En este caso, un único cable transmite múltiples canales en los que una señal de voz de baja frecuencia modula una señal de oscilador de alta frecuencia. Cada canal tiene su propio oscilador y las frecuencias de estos osciladores están lo suficientemente separadas entre sí para transmitir señales en un ancho de banda de hasta 3,1 kHz con un nivel normal de separación entre sí.

Aplicación de canales digitales para transmisiones troncales.

Para ello, la señal analógica de la línea de abonado en la central telefónica se digitaliza y luego se entrega digitalmente a la central telefónica del destinatario. Allí se vuelve a convertir y se transmite a la línea de abonado analógica.

Para garantizar la comunicación bidireccional en la central telefónica, cada extremo de la línea del suscriptor tiene un par de convertidores: ADC (analógico a digital) y DAC (digital a analógico). Para comunicaciones de voz con un ancho de banda estándar (3,1 kHz), la frecuencia de cuantificación es de 8 kHz. El rango dinámico aceptable (la relación entre la señal máxima y la mínima) se proporciona con la conversión de 8 bits.

En total, resulta que cada canal telefónico requiere una velocidad de transferencia de datos de 64 kbit/s (8 bits x 8 kHz).

A menudo, la transmisión de señales se limita a muestras de 7 bits y el octavo bit (LSB) se utiliza con fines de señalización. En este caso, el flujo de voz puro se reduce a 56 kbit/s.

Para utilizar eficazmente las líneas troncales, los flujos digitales de múltiples suscriptores en las centrales telefónicas se multiplexan en canales de diversas capacidades que conectan las centrales telefónicas entre sí. En el otro extremo del canal, se realiza la demultiplexación, separando el flujo requerido del canal.

La multiplexación y demultiplexación, por supuesto, se realiza en ambos extremos simultáneamente, ya que la comunicación telefónica es bidireccional. La multiplexación se realiza mediante división de tiempo (TDM – Time Division Multiplexing).

En un canal troncal, la información se organiza como una secuencia continua de cuadros. A cada canal de abonado en cada trama se le asigna el intervalo de tiempo durante el cual se transmiten los datos de este canal.

Por lo tanto, en las líneas telefónicas analógicas modernas, las señales analógicas se transmiten a través de la línea de abonado y las señales digitales se transmiten a través de líneas troncales.

Módems para líneas telefónicas analógicas de acceso telefónico

Las redes telefónicas públicas, además de la transmisión de voz, permiten la transmisión de datos digitales mediante módems.

Se utiliza un módem (modulador-demodulador) para transmitir datos a largas distancias utilizando dedicados y conmutados. lineas telefonicas.

El modulador convierte la información binaria procedente de la computadora en señales analógicas con modulación de frecuencia o fase, cuyo espectro corresponde al ancho de banda de las líneas telefónicas de voz ordinarias. El demodulador extrae la información binaria codificada de esta señal y la transmite a la computadora receptora.

El módem fax (fax-módem) le permite enviar y recibir imágenes de fax, compatible con máquinas de fax convencionales.

Módems para líneas telefónicas dedicadas

Las líneas físicas arrendadas tienen un ancho de banda mucho más amplio que las conmutadas. Para ellos se fabrican módems especiales que permiten la transmisión de datos a velocidades de hasta 2048 kbit/s y a distancias considerables.

tecnologías xDSL

Las tecnologías xDSL se basan en convertir la línea de abonado de una red telefónica normal de analógica a digital xDSL (Digital Subscriber Line). La esencia de esta tecnología es que se instalan filtros divisores en ambos extremos de la línea del abonado: en la central telefónica y en la del abonado.

El componente de baja frecuencia (hasta 3,5 kHz) de la señal se envía a equipos telefónicos convencionales (puerto PBX y teléfono del abonado), y el componente de alta frecuencia (por encima de 4 kHz) se utiliza para la transmisión de datos mediante módems xDSL.

Las tecnologías xDSL le permiten utilizar simultáneamente la misma línea telefónica tanto para la transmisión de datos como para la transmisión de voz (conversaciones telefónicas), lo que no es posible con los módems de acceso telefónico convencionales.

Asegurar la transmisión de señales de comunicación eléctrica en una banda de frecuencia transmitida efectivamente (ETF) de 0,3 a 3,4 kHz. En telefonía y comunicaciones se suele utilizar la abreviatura KTC. El canal de audio es una unidad de medida para la capacitancia (densidad) de los sistemas de transmisión analógicos (por ejemplo, K-24, K-60, K-120). Al mismo tiempo para sistemas digitales transmisión (por ejemplo, PCM-30, PCM-480, PCM-1920) la unidad de medida de capacitancia es el canal digital principal.

Banda de frecuencia transmitida eficientemente- banda de frecuencia cuya atenuación residual en frecuencias extremas difiere de la atenuación residual en una frecuencia de 800 Hz en no más de 1 Np en el rango de comunicación máximo característico de un sistema determinado.

El ancho del EPCH determina la calidad de la transmisión telefónica y la posibilidad de utilizar el canal telefónico para transmitir otros tipos de comunicaciones. De acuerdo con el estándar internacional para canales telefónicos de equipos multicanal, el rango de frecuencia se establece entre 300 y 3400 Hz. Con una banda de este tipo, se garantiza un alto grado de inteligibilidad del habla, su sonido es muy natural y se crean grandes oportunidades para la multiplexación secundaria de canales telefónicos.

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Modos de funcionamiento del canal PM

Propósito de los modos

2 PR. OK: para comunicación telefónica abierta en ausencia de extensores de tránsito en el conmutador telefónico;
2 PR. TR: para conexiones de tránsito temporales de canales telefónicos abiertos, así como para comunicación terminal si hay extensores de tránsito en el conmutador telefónico;
4 PR OK: para uso en redes de telégrafo de frecuencia vocal multicanal, comunicación telefónica cerrada, transmisión de datos, etc., así como para conexiones de tránsito con longitudes significativas de líneas de conexión;
4 PR TR: para conexiones de tránsito a largo plazo.

Casi todas las señales eléctricas que muestran mensajes reales contienen un espectro infinito de frecuencias. Para una transmisión sin distorsiones de dichas señales se necesitaría un canal con un ancho de banda infinito. Por otra parte, la pérdida de al menos un componente del espectro durante la recepción conduce a una distorsión de la forma temporal de la señal. Por lo tanto, la tarea es transmitir una señal en un ancho de banda de canal limitado de tal manera que la distorsión de la señal cumpla con los requisitos y la calidad de la transmisión de información. Por tanto, una banda de frecuencia es un espectro de señal limitado (basado en consideraciones técnicas y económicas y requisitos de calidad de transmisión).

El ancho de banda de frecuencia ΔF está determinado por la diferencia entre las frecuencias superior F B y F H inferior en el espectro del mensaje, teniendo en cuenta sus limitaciones. Por tanto, para una secuencia periódica de pulsos rectangulares, el ancho de banda de la señal se puede encontrar aproximadamente a partir de la expresión:

donde t n es la duración del pulso.

1.Señal telefónica principal (mensaje de voz), también llamado de abonado, es un proceso aleatorio no estacionario con una banda de frecuencia de 80 a 12.000 Hz. La inteligibilidad del habla está determinada por los formantes (regiones amplificadas del espectro de frecuencia), la mayoría de los cuales se encuentran en la banda 300 ... 3400 Hz. Por lo tanto, por recomendación del Comité Asesor Internacional de Telefonía y Telegrafía (ICITT), se adoptó para la transmisión telefónica una banda de frecuencia transmitida de manera eficiente de 300 ... 3400 Hz. Esta señal se llama señal de frecuencia de voz (VF). Al mismo tiempo, la calidad de las señales transmitidas es bastante alta: la inteligibilidad de las sílabas es de aproximadamente el 90% y la inteligibilidad de las frases es del 99%.

2.Señales de transmisión de audio . Las fuentes de sonido al transmitir programas retransmitidos son instrumentos musicales o la voz humana. El espectro de la señal de audio ocupa la banda de frecuencia 20...20000 Hz.

Para una calidad suficientemente alta (canales de primera clase) la banda de frecuencia ∆F C debe ser 50...10000 Hz, para una reproducción perfecta de programas de radiodifusión (canales de primera clase) - 30...15000 Hz, segunda clase - 100... 6800 Hz.

3. En la televisión abierta Se ha adoptado un método para convertir secuencialmente cada elemento de la imagen en una señal eléctrica y luego transmitir esta señal a través de un canal de comunicación. Para implementar este principio, se utilizan tubos de rayos catódicos especiales en el lado transmisor, que convierten la imagen óptica del objeto transmitido en una señal de video eléctrica desplegada en el tiempo.

Figura 2.6 – Diseño del tubo transmisor

Como ejemplo, la Figura 2.6 muestra una versión simplificada de una de las opciones de tubo transmisor. Dentro del matraz de vidrio, que se encuentra bajo alto vacío, hay un fotocátodo translúcido (objetivo) y un foco electrónico (EP). Se coloca un sistema de desviación (OS) en la parte exterior del cuello del tubo. El foco genera un fino haz de electrones que, bajo la influencia de un campo acelerado, se dirige hacia el objetivo. Mediante un sistema de desviación, el haz se mueve de izquierda a derecha (a lo largo de las líneas) y de arriba a abajo (a lo largo del marco), recorriendo toda la superficie del objetivo. La colección de todas las (N) filas se denomina ráster. Se proyecta una imagen sobre el objetivo del tubo, recubierto con una capa fotosensible. Como resultado, cada sección elemental del objetivo adquiere una carga eléctrica. Se forma el llamado alivio potencial. El haz de electrones, al interactuar con cada sección (punto) del relieve potencial, parece borrar (neutralizar) su potencial. La corriente que fluye a través de la resistencia de carga R n dependerá de la iluminación del área objetivo que incide el haz de electrones, y se liberará una señal de video U c en la carga (Figura 2.7). El voltaje de la señal de vídeo variará desde un nivel "negro", correspondiente a las áreas más oscuras de la imagen transmitida, hasta un nivel "blanco", correspondiente a las áreas más claras de la imagen.

Figura 2.7 – La forma de una señal de televisión en un intervalo de tiempo en el que no hay pulsos de cuadro.

Si el nivel “blanco” corresponde al valor mínimo de la señal y el nivel “negro” corresponde al máximo, entonces la señal de video será negativa (polaridad negativa). La naturaleza de la señal de vídeo depende del diseño y principio de funcionamiento del tubo transmisor.

La señal de televisión es una señal unipolar pulsada (ya que es función de la luminosidad, que no puede ser multipolar). Tiene una forma compleja y puede representarse como la suma de componentes constantes y armónicos de oscilaciones de varias frecuencias.
El nivel del componente DC caracteriza el brillo promedio de la imagen transmitida. Al transmitir imágenes en movimiento, el valor del componente constante cambiará continuamente de acuerdo con la iluminación. Estos cambios están ocurriendo muy rápidamente. bajas frecuencias(0-3 Hz). Utilizando las frecuencias más bajas del espectro de la señal de vídeo, se reproducen grandes detalles de la imagen.

La televisión, así como el cine ligero, fue posible gracias a la inercia de la visión. Las terminaciones nerviosas de la retina continúan excitadas durante algún tiempo después del cese del estímulo luminoso. A una frecuencia de cuadros F k ≥ 50 Hz, el ojo no nota la intermitencia del cambio de imagen. En televisión, el tiempo para leer todas las N líneas (tiempo de fotograma - Tk) se elige igual a Tk = s. Para reducir el parpadeo de la imagen, se utiliza el escaneo entrelazado. Primero, en un tiempo de medio cuadro igual a T p/c = s, todas las líneas impares se leen una por una, luego, al mismo tiempo, se leen todas las líneas pares. El espectro de frecuencia de la señal de video se obtendrá al transmitir una imagen que es una combinación de la mitad clara y oscura de la trama (Figura 2.8). La señal representa pulsos de forma cercana a rectangular. La frecuencia mínima de esta señal durante el escaneo entrelazado es la frecuencia de los campos, es decir

Figura 2.8 – Para determinar la frecuencia mínima del espectro de la señal de televisión

Con la ayuda de altas frecuencias se transmiten los detalles más finos de la imagen. Dicha imagen se puede representar como pequeños cuadrados blancos y negros que se alternan en brillo con lados iguales al diámetro del haz (Figura 2.9, a), ubicados a lo largo de la línea. Dicha imagen contendrá el número máximo de elementos de imagen.

Figura 2.9 – Para determinar la frecuencia máxima de la señal de video

El estándar prevé la descomposición de una imagen en un cuadro en N = 625 líneas. El tiempo para dibujar una línea (Fig. 2.9, b) será igual a . Se obtiene una señal que cambia a lo largo de la línea cuando se alternan cuadrados blancos y negros. El período mínimo de señal será igual al tiempo que se tarda en leer un par de cuadrados:

donde n pares es el número de pares de cuadrados en una línea.

El número de cuadrados (n) en la línea será igual a:

¿Dónde está el formato del marco (ver Figura 2.2.4, a),

b – ancho, h – alto del campo del marco.

Entonces ; (2.10)

Se supone que el formato del cuadro es k=4/3. Entonces la frecuencia superior de la señal F in será igual a:

Al transmitir 25 fotogramas por segundo con 625 líneas cada una, la frecuencia de línea nominal (frecuencia de línea) es 15,625 kHz. La frecuencia superior de la señal de televisión será de 6,5 MHz.

Según la norma adoptada en nuestro país, el voltaje de la señal de video completa U TV, compuesta por pulsos de sincronización U C, una señal de brillo y pulsos de amortiguación U P, es U TV = U P + U C = 1V. En este caso, U C = 0,3 U TV y U P = 0,7 U TV. Como puede verse en la Figura 2.10, la señal banda sonora se encuentra más arriba en el espectro (fn 3V = 8 MHz) de la señal de vídeo. Normalmente, una señal de vídeo se transmite mediante modulación de amplitud (AM) y una señal de audio mediante modulación de frecuencia (FM).

A veces, para ahorrar ancho de banda del canal, la frecuencia superior de la señal de video se limita al valor Fv = 6,0 MHz y la portadora de audio se transmite a una frecuencia fн з = 6,5 MHz.

Figura 2.10 – Ubicación de los espectros de señales de imagen y sonido en un canal de radiodifusión televisiva.

Taller (tareas similares están incluidas en los exámenes)

Tarea No. 1: Encuentre la frecuencia de repetición del pulso de la señal transmitida y el ancho de banda de la señal si hay 5 pares de franjas verticales alternas en blanco y negro en la pantalla del televisor

Tarea No. 2: Encuentre la frecuencia de repetición del pulso de la señal transmitida y el ancho de banda de la señal si hay 10 pares de franjas horizontales alternas en blanco y negro en la pantalla del televisor

Al resolver el problema número 1, es necesario utilizar la duración conocida de una línea de señal de televisión estándar. Durante este tiempo, habrá un cambio de 5 pulsos correspondientes al nivel de negro y 5 pulsos correspondientes al nivel de blanco (puedes calcular su duración). De esta manera se pueden determinar la frecuencia del pulso y el ancho de banda de la señal.

Al resolver el problema número 2, partiendo del número total de líneas en el marco, determine cuántas líneas hay en una franja horizontal, tenga en cuenta que el escaneo se realiza entrelazado. De esta forma determinarás la duración del pulso correspondiente al nivel de negro o blanco. Continuar como en la tarea No. 1.

Al preparar el trabajo final, por conveniencia, utilice imagen grafica señales y espectros.

4. Señales de fax. La comunicación facsímil (fototelegrafía) es la transmisión de imágenes fijas (dibujos, dibujos, fotografías, textos, tiras de periódico, etc.). El dispositivo de conversión de mensajes de fax (imagen) convierte el flujo de luz reflejado por la imagen en una señal eléctrica (Figura 2.2.6)

Figura 2.11 - Diagrama funcional de comunicación por fax

Donde 1 es el canal de comunicación por fax; 2 – dispositivos de accionamiento, sincronización y puesta en fase; 3 – tambor transmisor, en el que se coloca el original de la imagen transmitida en papel; FEP – convertidor fotoelectrónico del flujo de luz reflejada en una señal eléctrica; OS – sistema óptico para formar un haz de luz.

Cuando se transmiten elementos que alternan en brillo, la señal toma la forma de una secuencia de impulsos. La frecuencia de repetición de pulsos en una secuencia se llama frecuencia de patrón. La frecuencia patrón, Hz, alcanza su valor máximo cuando se transmite una imagen cuyos elementos y los espacios que los separan son iguales a las dimensiones del haz de exploración:

F rismax = 1/(2τ u) (2.12)

donde τ u es la duración del pulso igual a la duración de transmisión del elemento de imagen, que puede determinarse mediante los parámetros del dispositivo de escaneo.

Entonces, si π·D es la longitud de la línea y S es el paso de escaneo (el diámetro del haz de escaneo), entonces hay elementos π·D/S en la línea. A N revoluciones por minuto de un tambor que tiene un diámetro D, el tiempo de transmisión del elemento de imagen, medido en segundos:

La frecuencia mínima de la imagen (cuando se cambia a lo largo de la línea), Hz, será al escanear una imagen que contiene franjas blancas y negras a lo largo de la línea, igual en ancho a la mitad de la longitud de la línea. Donde

F pус min = N/60, (2.14)

Para realizar una comunicación fototelegráfica de calidad satisfactoria, basta con transmitir frecuencias desde F pic min hasta F pic max. El Comité Asesor Internacional de Telegrafía y Telefonía recomienda N = 120, 90 y 60 rpm para máquinas de fax; S = 0,15 mm; Profundidad = 70 mm. De (2.13) y (2.14) se deduce que a N = 120 F arroz máximo = 1466 Hz; F fig mín = 2 Hz; en N =60 F fig máx = 733 Hz; F fig mín = 1 Hz; El rango dinámico de la señal de fax es de 25 dB.

Señales telegráficas y de datos. Los mensajes y señales de telegrafía y transmisión de datos son discretos.

Los dispositivos para convertir mensajes y datos telegráficos representan cada carácter del mensaje (letra, número) como una determinada combinación de impulsos y pausas de la misma duración. Un impulso corresponde a la presencia de corriente en la salida del dispositivo de conversión, una pausa corresponde a la ausencia de corriente.

Para la transmisión de datos se utilizan códigos más complejos, que permiten detectar y corregir errores en la combinación recibida de pulsos que surgen de las interferencias.

Los dispositivos para convertir señales telegráficas y transmitir datos en mensajes utilizan las combinaciones recibidas de pulsos y pausas para restaurar los caracteres del mensaje de acuerdo con la tabla de códigos y enviarlos a un dispositivo de impresión o pantalla de visualización.

Cuanto más corta sea la duración de los pulsos que muestran mensajes, más se transmitirán por unidad de tiempo. El recíproco de la duración del pulso se llama velocidad de telegrafía: B = 1/τ y, donde τ y es la duración del pulso, s. La unidad de velocidad del telégrafo se llamaba baudios. Con una duración de impulso de τ y = 1 s, la velocidad es B = 1 baudios. La telegrafía utiliza impulsos con una duración de 0,02 s, lo que corresponde a una velocidad de telegrafía estándar de 50 baudios. Las velocidades de transferencia de datos son significativamente más altas (200, 600, 1200 baudios y más).

Las señales de telegrafía y transmisión de datos suelen adoptar la forma de secuencias de pulsos rectangulares (Figura 2.4, a).

Al transmitir señales binarias, basta con fijar solo el signo del pulso para una señal bipolar, o la presencia o ausencia para una señal unipolar. Los impulsos se pueden detectar de forma fiable si se transmiten utilizando un ancho de banda numéricamente igual a la velocidad en baudios. Para una velocidad telegráfica estándar de 50 baudios, el ancho del espectro de la señal telegráfica será de 50 Hz. A 2400 baudios (sistema de transmisión de datos de velocidad media), el ancho del espectro de la señal es de aproximadamente 2400 Hz.

5. Potencia media de los mensajes P SR se determina promediando los resultados de la medición durante un largo período de tiempo.

La potencia promedio que desarrolla una señal aleatoria s(t) a través de una resistencia de 1 ohmio:

La potencia contenida en una banda de frecuencia finita entre ω 1 y ω 2 se determina integrando la función G(ω) β dentro de los límites correspondientes:

La función G(ω) representa la densidad espectral de la potencia promedio del proceso, es decir, la potencia contenida en una banda de frecuencia infinitesimal.

Para facilitar los cálculos, la potencia generalmente se expresa en unidades relativas, expresadas en forma logarítmica (decibelios, dB). En este caso el nivel de potencia es:

Si la potencia de referencia R E = 1 mW, entonces p x se denomina nivel absoluto y se expresa en dBm. Teniendo esto en cuenta, el nivel absoluto de potencia media es:

Potencia máxima p pico (ε %): este es el valor de potencia del mensaje que se puede exceder durante el ε % del tiempo.

El factor de cresta de la señal está determinado por la relación entre la potencia máxima y la potencia promedio del mensaje, dB,

A partir de la última expresión, dividiendo el numerador y denominador por RE, teniendo en cuenta (2.17) y (2.19), determinamos el factor pico como la diferencia entre los niveles absolutos de potencias pico y media:

Se entiende por rango dinámico D (ε%) la relación entre la potencia de pico y la potencia mínima del mensaje P min . El rango dinámico, al igual que el factor de cresta, normalmente se estima en dB:

La potencia media de la señal de frecuencia de voz, medida durante las horas punta (BHH), teniendo en cuenta las señales de control (marcación, llamada, etc.) es de 32 μW, lo que corresponde a un nivel (frente a 1 mW) p av = -15 dBm

Poder maximo señal telefónica, cuya probabilidad de exceder es insignificante es igual a 2220 μW (que corresponde a un nivel de +3,5 dBm); La potencia mínima de la señal que todavía se puede escuchar en contraste con el ruido de fondo se calcula en 220.000 pW (1 pW = 10 -12 mW), lo que corresponde a un nivel de 36,5 dBm.

La potencia media P CP de la señal de radiodifusión (medida en un punto con nivel relativo cero) depende del intervalo de promediación y es igual a 923 μW cuando se promedia durante una hora, 2230 μW por minuto y 4500 μW por segundo. La potencia máxima de la señal de transmisión es de 8000 μW.

El rango dinámico de las señales de transmisión D C es de 25...35 dB para el discurso del locutor, de 40...50 dB para un conjunto instrumental y hasta 65 dB para una orquesta sinfónica.

Las señales discretas primarias suelen tener la forma de pulsos rectangulares de corriente continua o alterna, normalmente con dos estados resueltos (binario o encendido-apagado).

La velocidad de modulación está determinada por el número de unidades (chips) transmitidas por unidad de tiempo y se mide en baudios:

B = 1/τu, (2.23)

donde τ y es la duración de un mensaje elemental.

La velocidad de transmisión de información está determinada por la cantidad de información transmitida por unidad de tiempo y se mide en bits/s:

donde M es el número de posiciones de señal.

En sistemas binarios (M=2), cada elemento lleva 1 bit de información, por lo tanto, según (2.23) y (2.24):

C máx =B, bit/s (2,25)

Preguntas de control

1. Definir los conceptos “información”, “mensaje”, “señal”.

2. ¿Cómo determinar la cantidad de información en un solo mensaje?

3. ¿Qué tipos de señales existen?

4. ¿En qué se diferencia una señal discreta de una señal continua?