Головна › Освіта › Стандартна смуга частот у телефонії. Що таке частотна модуляція Ширина смуги частот, Спектр та бічних смуг? Модеми для виділених телефонних ліній

Стандартна смуга частот у телефонії. Що таке частотна модуляція Ширина смуги частот, Спектр та бічних смуг? Модеми для виділених телефонних ліній

Розподіл станцій на аналогові та цифрові проводиться за типом комутації. Телефонний зв'язок, що діє на основі перетворення мови (голосу) в аналоговий електричний сигнал і передачі його комутованого каналу зв'язку (аналогова телефонія), тривалий час була єдиним засобом передачі мовних повідомлень на відстань. Можливість дискретизації (за часом) та квантування (за рівнем) параметрів аналогового електричного сигналу (амплітуди, частоти або фази) дозволили перетворювати аналоговий сигнал на цифровий (дискретний), обробляти його програмними методами та передавати цифровими телекомунікаційними мережами.

Для передачі аналогового мовного сигналу між двома абонентами мережі ТфОП (телефонні мережі загального користування) надається так званий стандартний канал тональної частоти (ТЧ), смуга пропускання якого становить 3100 Гц. У системі цифрової телефонії над аналоговим електричним сигналом виконуються операції дискретизації (за часом), квантування (за рівнем), кодування та усунення надмірності (стиснення), після чого сформований таким чином потік даних направляється абоненту, що приймає, і по «прибуттю» до пункту призначення піддається зворотним процедур.

Перетворення мовного сигналу здійснюється за відповідним протоколом залежно від того, якою мережею він передається. В даний час найбільш ефективна передача потоку будь-яких дискретних (цифрових) сигналів, у тому числі і несучих мова (голос), забезпечується цифровими електричними мережами, В яких реалізовані пакетні технології: IP (Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode) або FR (Frame Relay).

Говорять, що концепція передачі голосу за допомогою цифрових технологій зародилася 1993 року в Університеті штату Іллінойс (США). Під час чергового польоту човника Endeavor у квітні 1994 року NASA передало на Землю його зображення та звук за допомогою комп'ютерної програми. Отриманий сигнал надходив до Інтернету, і будь-хто міг почути голоси астронавтів. У лютому 1995 року ізраїльська компанія VocalTec запропонувала першу версію програми Internet Phone, розроблену для власників мультимедійних PC, які працюють під Windows. Потім було створено приватну мережу серверів Internet Phone. І вже тисячі людей завантажили програму Internet Phone з домашньої сторінки VocalTec і почали спілкуватися.

Природно, що інші компанії дуже швидко оцінили перспективи, які відкривала можливість розмовляти, перебуваючи у різних півкулях і не оплачуючи при цьому міжнародні дзвінки. Такі перспективи не могли залишитися непоміченими, і вже 1995 року ринок обрушився потік продукції, призначеної передачі голосу через Мережа.

Сьогодні існує кілька стандартизованих способів передачі інформації, що набули найбільшого поширення на ринку послуг цифрової телефонії: це стандарти ISDN, VoIP, DECT, GSM та деякі інші. Спробуємо коротко розповісти про особливості кожного з них.

Отже, що таке ISDN?

Абревіатура ISDN розшифровується як Integrated Services Digital Network – цифрова мережа з інтеграцією послуг. Це сучасне покоління всесвітньої телефонної мережі, що має можливість переносити будь-який тип інформації, включаючи швидку та коректну передачу даних (у тому числі й голоси) високої якостівід користувача до користувача.

Основна перевага мережі ISDNполягає в тому, що Ви можете підключити до одного мережного закінчення кілька цифрових або аналогових апаратів (телефон, модем, факс тощо), і кожен може мати свій міський номер.

Звичайний телефон підключається до телефонної станції кількома провідниками. При цьому по одній парі можна вести лише один телефонна розмова. При цьому в трубці можуть бути чутні шум, перешкоди, радіо, сторонні голоси - недоліки аналогової телефонного зв'язкуяка "збирає" всі перешкоди на своєму шляху. У разі використання ISDN абоненту встановлюється мережне закінчення, а звук, що перетворюється спеціальним декодером на цифровий формат, передається по спеціально відведеному для цього (також повністю цифровому) каналу абоненту, що приймає, забезпечуючи при цьому максимальну чутність без перешкод і спотворень.

Основою ISDN є мережа, побудована на базі цифрових телефонних каналів (що передбачає також можливість передачі даних з комутацією пакетів) зі швидкістю передачі даних 64 кбіт/с. Послуги ISDN базуються на двох стандартах:

Базовий доступ (Basic Rate Interface (BRI)) - два B-канали 64 кбіт/с і один D-канал 16 кбіт/с

Первинний доступ (Primary Rate Interface (PRI)) - 30 B-каналів 64 кбіт/с та один D-канал 64 кбіт/с

Зазвичай пропускна здатність BRI становить 144 Кбіт/с. При роботі з PRI повністю використовується вся магістраль цифрового зв'язку (DS1), що дає пропускну спроможність 2 Мбіт/c. Високі швидкості, що пропонуються ISDN, роблять її ідеальною для великої кількості сучасних послуг зв'язку, включаючи високошвидкісну передачу даних, поділ екранів, відеоконференції, передачу великих файлів для мультимедіа, настільну відеотелефонію та доступ до Інтернету.

Власне кажучи, технологія ISDN – це ні що інше, як один із різновидів «комп'ютерної телефонії», або, як її ще називають CTI-телефонія (Computer Telephony Integration – комп'ютерно-телефонна інтеграція).

Однією з причин виникнення рішень CTI стала поява вимог щодо забезпечення співробітників компаній додатковими телефонними сервісами, які або не підтримувалися існуючою корпоративною телефонною станцією, або вартість придбання та впровадження рішення від виробника цієї станції була непорівнянна з зручностями, що досягаються.

Першими ластівками сервісних CTI-додатків стали системи електронних секретарів (autoattended) та автоматичних інтерактивних голосових привітань (меню), корпоративна голосова пошта, автовідповідач та системи запису переговорів. Для додавання сервісу тієї чи іншої програми CTI до існуючої телефонної станції компанії підключався комп'ютер. У ньому була встановлена спеціалізована плата (спочатку на шині ISA, потім на шині PCI), яка з'єднувалася з телефонною станцією за стандартним телефонним інтерфейсом. Програмне забезпеченнякомп'ютера, запущене під певною операційною системою(MS Windows, Linux або Unix), взаємодіяло з телефонною станцією через програмний інтерфейс (API) спеціалізованої плати і тим самим забезпечувало реалізацію додаткового сервісу корпоративної телефонії. Практично одночасно з цим було розроблено стандарт програмного інтерфейсудля комп'ютерно-телефонної інтеграції – TAPI (Telephony API)

Для традиційних телефонних систем CTI-інтеграція здійснюється так: деяка спеціалізована комп'ютерна платапідключена до телефонної станції та транслює (перекладає) телефонні сигнали, стан телефонної лінії та її зміни до «програмного» вигляду: повідомлення, події, змінні, константи. Передача телефонної складової відбувається через телефонну мережу, а програмної складової – по мережі передачі даних, IP-мережі.

А як виглядає процес інтеграції в IP-телефонії?

Насамперед слід зазначити, що з появою IP-телефонії змінилося саме сприйняття телефонної станції (Private Branch eXchange - PBX). IP PBX є нічим іншим як ще одним мережевим сервісом IP-мережі, і, як більшість сервісів IP-мережі, функціонує відповідно до принципів клієнт-серверної технології, тобто передбачає наявність сервісної та клієнтської частин. Так, наприклад, сервіс електронної поштив IP-мережі має сервісну частину – поштовий серверта клієнтську частину – програму користувача (наприклад Microsoft Outlook). Аналогічно влаштований і сервіс IP-телефонії: сервісна частина - сервер IP PBX і клієнтська частина - IP-телефон (залізний або програмний) використовують для передачі голосу єдине комунікаційне середовище - IP-мережа.

Що це дає користувачеві?

Переваги IP-телефонії є очевидними. Серед них – багатий функціонал, можливість суттєво покращити взаємодію співробітників та одночасно спростити обслуговування системи.

Крім того, IP-комунікації розвиваються за відкритим принципом внаслідок стандартизації протоколів та глобального проникнення ІР. Завдяки принципу відкритості в системі IP-телефонії можливе розширення послуг, що надаються, інтеграція з існуючими та планованими сервісами.

IP-телефонія дозволяє побудувати єдину централізовану систему управління всім підсистем з розмежуванням прав доступу та експлуатувати підсистеми у регіональних підрозділах силами місцевого персоналу.

Модульність системи IP-комунікацій, її відкритість, інтеграція та незалежність компонентів (на відміну від традиційної телефонії) дають додаткові можливості для побудови по-справжньому стійких до відмови систем, а також систем з розподіленою територіальною структурою.

Бездротові системизв'язку стандарту DECT:

Стандарт бездротового доступу DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) є найпопулярнішою системою мобільного зв'язкув корпоративної мережі, найдешевшим і найпростішим при монтажі варіантом. Вона дозволяє організувати бездротовий зв'язокпо всій території підприємства, що так необхідно «мобільним» користувачам (наприклад, охороні підприємства чи начальникам цехів, відділів).

Основна перевага DECT-систем полягає в тому, що з придбанням подібного телефону ви безкоштовно отримуєте міні-АТС на кілька внутрішніх номерів. Справа в тому, що до купленої DECT-бази можна придбати додаткові телефонні трубки, кожна з яких отримує свій внутрішній номер. З будь-якої трубки ви без особливих зусиль зможете дзвонити на інші трубки, підключені до цієї ж бази, передавати вхідні та внутрішні дзвінки і навіть здійснювати своєрідний «роумінг» - прописувати свою трубку на іншій базі. Радіус прийому цього виду зв'язку – 50 метрів у приміщення та 300 метрів на відкритому просторі.

Для організації мобільного зв'язку у мережах загального користування використовуються мережі стільникового зв'язкустандартів GSM та CDMA, територіальна ефективність яких практично не обмежена. Це стандарти відповідно до другого і третього покоління стільникового зв'язку. У чому розбіжності?

Щохвилини з будь-якою базовою станцією стільникової мережінамагаються зв'язатися відразу кілька телефонів, що знаходяться на її околицях. Тому станції повинні забезпечувати «множинний доступ», тобто одночасно працювати без взаємних перешкод відразу кількох телефонів.

У стільникових системах першого покоління (стандарти NMT, AMPS, N-AMPS та ін.) множинний доступ реалізується частотним методом – FDMA (Frequency Division Multiple Access): базова станція має кілька приймачів та передавачів, кожен з яких працює на своїй частоті, а радіотелефон налаштовується на будь-яку частоту, що використовується в стільниковій системі. Зв'язавшись із базовою станцією на спеціальному службовому каналі, телефон отримує вказівку, які частоти він може зайняти, та перебудовується на них. Це не відрізняється від способу налаштування тієї чи іншої радіохвилі.

Однак число каналів, які вдається виділити на базовій станції, не дуже велике, тим більше що сусідні станції мережі повинні мати різні набори частот, щоб не створювати взаємних перешкод. У більшості стільникових мереж другого покоління став застосовуватися частотно-часовий метод поділу каналів – TDMA (Time Division Multiple Access). У таких системах (а це мережі стандартів GSM, D-AMPS та ін) теж використовуються різні частоти, але тільки кожен такий канал виділяється телефону не на весь час зв'язку, а лише на невеликі проміжки часу. Інші такі ж інтервали почергово використовуються іншими телефонами. Корисна інформація в таких системах (у тому числі й мовні сигнали) передається у «стислому» вигляді та цифровій формі.

Спільне використання кожного частотного каналу кількома телефонами дозволяє забезпечити обслуговування більшої кількості абонентів, але частот все одно не вистачає. Істотно покращити це становище змогла технологія CDMA, побудована за принципом кодового поділу сигналів.

Суть методу кодового поділу сигналів, застосованого в CDMA, полягає в тому, що всі телефони та базові станції одночасно використовують один і той же (і при цьому відразу весь) виділений для мережі діапазон частот. Для того щоб ці широкосмугові сигнали можна було розрізняти між собою, кожен з них має специфічне кодове забарвлення, що забезпечує його впевнене виділення на тлі інших.

За останні п'ять років технологія використання CDMA була протестована, стандартизована, ліцензована та запущена у виробництво більшістю постачальників бездротового обладнання та вже застосовується у всьому світі. На відміну від інших методів доступу абонентів до мережі, де енергія сигналу концентрується на вибраних частотах або часових інтервалах, CDMA сигнали розподілені в безперервному частотно-часовому просторі. Фактично, цей метод маніпулює і частотою, і часом, і енергією.

Виникає питання: чи можуть системи CDMA за таких можливостей «мирно» співіснувати з мережами AMPS/D-AMPS та GSM?

Виявляється, можуть. Російськими регулюючими органами дозволено роботу мереж CDMA у смузі радіочастот 828 - 831 МГц (прийом сигналу) і 873-876 МГц (передача сигналу), де й розміщено два радіоканалу CDMA шириною 1,23 МГц. У свою чергу, для стандарту GSM у Росії відведено частоти вище 900 МГц, тому робочі діапазони мереж CDMA та GSM ніяк не перетинаються.

Що хочеться сказати у висновку:

Як показує практика, сучасні користувачі все більше тяжіють до широкосмугових сервісів (відеоконференції, високошвидкісна передача даних) і все частіше віддають перевагу мобільний терміналзвичайному провідному. Якщо ще зважити на той факт, що кількість таких охочих у великих компаніях може легко перевалити за тисячу, то отримаємо набір вимог, задовольнити які здатна лише потужна сучасна цифрова станція (УПАТС).

Сьогодні на ринку представлено безліч рішень від різних виробників, які мають можливості як традиційних АТС, комутаторів або маршрутизаторів для мереж передачі даних (у тому числі і за технологіями ISDN і VoIP), так і бездротовими базовими станціями.

Цифрові УПАТС сьогодні більшою мірою, ніж інші системи, відповідають зазначеним критеріям: мають можливості комутації широкосмугових каналів, пакетної комутації, просто інтегруються з комп'ютерними системами(CTI) і дозволяють організовувати бездротові мікростільники всередині корпорацій (DECT).

Який із зазначених типів зв'язку кращий? Вирішуйте самі.

Практично 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 F визначається різницею між верхньою FВ і нижньою FН частотами в спектрі повідомлення, з урахуванням його обмеження. Так, для періодичної послідовності прямокутних імпульсів смуга сигналу орієнтовно може бути знайдена з виразу:

де tn – тривалість імпульсу.

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 спектра частот), більшість яких розташована у смузі 300...3400 Гц. Тому за рекомендацією Міжнародного консультативного комітету з телефонії та телеграфії (МККТТ) для телефонної передачі прийнято смугу частот, що ефективно передається, 300 … 3400 Гц. Такий сигнал називається сигналом тональної частоти (ТЧ). При цьому якість сигналів, що передаються, виходить досить високим - складова розбірливість становить близько 90%, а розбірливість фраз - 99%.

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 ∆FC повинна становити 50...10000 Гц, для бездоганного відтворення програм мовлення (канали вищого класу) - 30...15000 Гц, другого класу - 100...6800 Гц.

У телевізійному мовленні прийнятий метод послідовного перетворення кожного елемента зображення в електричний сигнал з подальшою передачею цього сигналу по одному каналу зв'язку. Для реалізації такого принципу на стороні, що передає, застосовуються спеціальні електронно-променеві трубки, що перетворюють оптичне зображення переданого об'єкта в розгорнутий в часі електричний відеосигнал.

Малюнок 2.2.1 - Конструкція трубки, що передає

Як приклад на малюнку 2.2.1 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 усіх (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 протікає через опір навантаження Rн, залежатиме від освітленості ділянки мішені, на яку потрапляє електронний промінь, і на навантаженні виділиться відеосигнал Uс (рисунок 2.2.2). Напруга відеосигналу буде змінюватися від рівня «чорного», що відповідає найбільш темним ділянкам зображення, що передається, до рівня «білого», відповідного найбільш світлим ділянкам зображення .

Ще статті на тему

Розробка пропозиції щодо об'єднання обчислювальних мереж ВНЗ в інтрамережу
Питання про те, що дає використання мереж, природно породжує інші питання: у яких випадках розгортання обчислювальних мережкраще використання автономних комп'ютерів чи багатомашинних систем? Як...

Розробка вузла приводу спектральних фільтрів
Метою моєї роботи є розробка вузла приводу спектральних фільтрів. Основною функцією цього приладу є встановлення необхідного фільтра у канал. Вузол, що розробляється, буде використовуватися в оптичному стенді, ...

2.1.1. Аналогові телефонні мережі

Аналогові телефонні мережі належать до глобальних мереж із комутацією каналів, які створювалися для 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 телефонні апарати з АТС).

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

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 цілком достатнім для нормальної розмови. Для зв'язку з абонентами використовується двопровідна лінія, якою 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 велику кількість з'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 багатьох абонентів.

Метод частотного ущільнення каналів (FDM – Frequency Division Multiplexing)

В 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 лінії телефонної станції оцифровується і далі в 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'язку зі стандартною смугою пропускання (3,1 кГц) прийнято частоту квантування 8 кГц. Прийнятний динамічний діапазон (відношення максимального сигналу до мінімального) забезпечується за 8-бітного перетворення.

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 множини абонентів на телефонних станціях мультиплексуються в канали різної ємності, що з'єднують телефонні станції між собою. На іншому кінці каналу проводиться демультиплексування – виділення 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 каналу.

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

Модеми для аналогових телефонних ліній, що комутуються.

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

Модем (модулятор-демодулятор) служить передачі даних на великі відстані з використанням виділених і комутируемых 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 одну і ту ж телефонну лінію і для передачі даних, і для передачі голосу (телефонних переговорів), чого не дозволяють звичайні модеми для ліній, що комутуються.

Забезпечує передачу електричних сигналів зв'язку в ефективної, що передається, смузі частот (ЕППЛ) 0,3 - 3,4 кГц. У телефонії та зв'язку часто використовується абревіатура КТЧ. Канал тональної частоти є одиницею виміру ємності (ущільнення) аналогових систем передачі (наприклад, K-24, K-60, K-120). У той же час для цифрових системпередачі (наприклад, ІКМ-30, ІКМ-480, ІКМ-1920) одиницею вимірювання ємності є основний цифровий канал.

Смуга частот, що ефективно передається- Смуга-частот, залишкове згасання на крайніх частотах якої відрізняється від залишкового згасання на частоті 800 Гц не більше ніж на 1 Нп при максимальній дальності зв'язку, властивої даній системі.

Ширина ЕППЧ визначає якість телефонної передачі, та можливості використання телефонного каналу для передачі інших видів зв'язку. Відповідно до міжнародного стандарту для телефонних каналів багатоканальної апаратури встановлено ЕППЛ від 300 до 3400 Гц. При такій смузі забезпечується висока міра розбірливості мови, хороша природність її звучання і створюються великі можливості вторинного ущільнення телефонних каналів.

Енциклопедичний YouTube

1 / 3

✪ Теорія: радіохвилі, модуляція та спектр.

✪ Звуковий генератор своїми руками Інструмент електромонтажника. Схема звукового генератора

✪ Цифровий сигнал

Субтитри

Режими роботи каналу ТЧ

Призначення режимів

2 ПР. ОК - для відкритого телефонного зв'язку за відсутності телефонного комутатора транзитних подовжувачів;
2 ПР. ТР - для тимчасових транзитних з'єднань відкритих телефонних каналів, а також для кінцевого зв'язку за наявності телефонного комутатора транзитних подовжувачів;
4 ПР ОК - для використання в мережах багатоканального тонального телеграфу, закритого телефонного зв'язку, передачі даних тощо, а також для транзитних з'єднань за значних довжин з'єднувальних ліній;
4 ПР ТР – для довготривалих транзитних з'єднань.

Практично 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 спектра частот), більшість яких розташована у смузі 300...3400 Гц. Тому за рекомендацією Міжнародного консультативного комітету з телефонії та телеграфії (МККТТ) для телефонної передачі прийнято смугу 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 сигналу займає 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 прийнятий метод послідовного перетворення кожного елемента зображення електричний сигнал з подальшою передачею цього сигналу по одному каналу зв'язку. Для реалізації такого принципу на стороні, що передає, застосовуються спеціальні електронно-променеві трубки, що перетворюють оптичне зображення переданого об'єкта в розгорнутий в часі електричний відеосигнал.

Малюнок 2.6 – Конструкція трубки, 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 усіх (N) рядків називається растром. На ціль трубки, покриту світлочутливим шаром, проектується зображення. В результаті кожна елементарна ділянка мішені набуває електричного заряду. 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", відповідного найбільш світлим ділянкам зображення .

Рисунок 2.7 – Форма телевізійного сигналу на тимчасовому 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 трубки, що передає.

Телевізійний сигнал є імпульсним однополярним (оскільки він є функцією яскравості, яка не може бути різнополярною) сигналом. Він має складну форму, і його можна подати 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 буде постійно 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 рядків N (час кадру – T до) вибирається рівним T до = с. З метою зменшення мерехтіння зображення використовується надрядкова розгортка. Спочатку за час напівкадра, що дорівнює Т п/к = = с, зчитуються по черзі 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 імпульсами близькими за формою до прямокутної. Мінімальна частота цього сигналу при черезрядковій розгортці частоті полів, тобто.

Рисунок 2.8 – Визначення мінімальної частоти спектра частот телевізійного сигналу

За допомогою верхніх частот передаються найдрібніші 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 максимальну кількість елементів 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 . Сигнал, що змінюється по рядку, вийде, коли чергуються чорні і білі квадратики. Мінімальний період сигналу дорівнюватиме часу зчитування пари квадратів:

де n пар – число пар квадратів у рядку.

Число квадратів (n) у рядку дорівнюватиме:

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 на 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 гасящих імпульсів U P складає 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 смуги каналу верхня частота відеосигналу обмежується значенням Fв = 6.0 МГц, а звуку, що несе, 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 використовувати певну величину тривалості одного рядка стандартного ТВ сигналу. 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 відповідного рівня чорного чи білого. Далі як у задачі №1

Під час оформлення підсумкової роботи для зручності використовуйте графічне зображеннясигналів та спектрів.

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

Рисунок 2.11 – Функціональна схема факсимільного зв'язку

Де 1 – канал факсимільного зв'язку; 2 – привід, синхронізуючі та фазуючі пристрої; 3 – передавальний барабан, на який поміщається оригінал зображення, що передається на паперовому носії; ФЕП – фотоелектронний перетворювач відбитого світлового потоку електричний сигнал; ОС – оптична система на 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 їх, дорівнюють 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 променя, що розгортає), то в 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 розгортанні 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 min до F рис max . Міжнародний консультативний комітет із 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 комбінації імпульсів і пауз однакової тривалості . Імпульс відповідає наявності струму на виході пристрою перетворення, пауза – відсутності струму.

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

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

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

Сигнали телеграфії і передачі зазвичай мають вигляд послідовностей прямокутних імпульсів (рисунок 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). У 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 таке значення потужності повідомлення, яке може перевищуватись 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 керування – набору номера, виклику тощо – становить 32 мкВт, що відповідає рівню (порівняно з 1 мВт) p ср = –15 дБм

максимальна потужністьтелефонного сигналу, ймовірність перевищення якої дуже мала, дорівнює 2220 мкВт (що відповідає рівню +3.5 дБм); мінімальна потужність сигналу, який ще чути на фоні шумів, прийнята рівною 220 000 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 чи змінного струму, зазвичай з двома дозволеними станами (двійкові чи 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.

У 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 сигнал від безперервного?