Banda de frecventa in telefonie. Telefonie digitală și analogică: diferențe și perspective. Linii închiriate, linii dial-up

2.1.1. Rețele telefonice analogice

Rețelele de telefonie analogică sunt clasificate ca rețele globale cu comutare de circuite, care au fost create pentru a furniza servicii publice de telefonie populației. Rețelele telefonice analogice se concentrează pe o conexiune care se stabilește înainte de începerea conversațiilor (transmisia vocală) între abonați. Rețeaua telefonică este formată (comutată) folosind comutatoare automate de centrală telefonică.

Rețelele telefonice constau din:

  • centrale telefonice automate (ATS);
  • aparate telefonice;
  • linii de comunicație trunchi (linii de comunicație între centrale telefonice automate);
  • linii de abonat (linii care conectează telefoane la PBX).

Abonatul are o linie dedicată care conectează telefonul său la PBX. Liniile de comunicație trunchiului sunt folosite de abonați pe rând.

Rețelele telefonice analogice sunt, de asemenea, utilizate pentru transmisia de date ca:

  • rețele de acces la rețele cu comutare de pachete, de exemplu, conexiuni la Internet (se folosesc atât linii telefonice dial-up, cât și linii telefonice închiriate);
  • trunchiuri ale rețelelor de pachete (se folosesc în principal linii telefonice dedicate).

Rețeaua telefonică analogică cu comutare de circuite oferă servicii pentru rețeaua de pachete nivel fizic, care după comutare este un canal fizic punct la punct.

Rețea telefonică obișnuită sau VASE(Plain Old Telephone Service - serviciu telefonic vechi „plat”) asigură transmiterea unui semnal vocal între abonați cu o gamă de frecvență de până la 3,1 kHz, ceea ce este suficient pentru o conversație normală. Pentru a comunica cu abonații, se folosește o linie cu două fire, prin care semnalele ambilor abonați circulă simultan în direcții opuse în timpul unei conversații.

Rețeaua de telefonie este formată din multe posturi care au conexiuni ierarhice între ele. Comutatoarele acestor posturi deschide calea între centralele telefonice ale abonatului apelant și apelat sub controlul informațiilor furnizate de sistemul de semnalizare. Liniile de comunicație trunchi între centralele telefonice trebuie să ofere capacitatea de a transmite simultan o cantitate mare de informații (suporta un număr mare de conexiuni).

Nu este practic să alocați o linie trunchială separată pentru fiecare conexiune și pentru mai multe utilizare eficientă se folosesc liniile fizice:

  • metoda de multiplexare prin diviziune de frecventa;
  • canale digitale și multiplexarea fluxurilor digitale de la mai mulți abonați.

Metoda FDM (Frequency Division Multiplexing).

În acest caz, un singur cablu transmite mai multe canale în care un semnal vocal de joasă frecvență modulează un semnal de oscilator de înaltă frecvență. Fiecare canal are propriul său oscilator, iar frecvențele acestor oscilatoare sunt suficient de separate unele de altele pentru a transmite semnale într-o lățime de bandă de până la 3,1 kHz cu un nivel normal de separare unul de celălalt.

Aplicarea canalelor digitale pentru transmisii trunchi

Pentru a face acest lucru, semnalul analogic de la linia de abonat la centrala telefonică este digitizat și apoi formă digitală livrate la centrala telefonică a destinatarului. Acolo este convertit înapoi și transmis la linia analogică de abonat.

Pentru a asigura comunicația bidirecțională la centrala telefonică, fiecare capăt al liniei de abonat are o pereche de convertoare - ADC (analog-to-digital) și DAC (digital-analog). Pentru comunicare vocală cu o lățime de bandă standard (3,1 kHz), se adoptă o frecvență de cuantizare de 8 kHz. Intervalul dinamic acceptabil (raportul dintre semnalul maxim și cel minim) este prevăzut cu conversie pe 8 biți.

În total, se dovedește că fiecare canal telefonic necesită o rată de transfer de date de 64 kbit/s (8 biți x 8 kHz).

Adesea, transmisia semnalului este limitată la mostre de 7 biți, iar al optulea bit (LSB) este utilizat în scopuri de semnalizare. În acest caz, fluxul de voce pur este redus la 56 kbit/s.

Pentru a utiliza în mod eficient liniile trunk, fluxurile digitale de la mai mulți abonați la centralele telefonice sunt multiplexate în canale de diferite capacități care conectează centralele telefonice între ele. La celălalt capăt al canalului, se efectuează demultiplexarea - separând fluxul necesar de canal.

Multiplexarea și demultiplexarea, desigur, se efectuează la ambele capete simultan, deoarece comunicarea telefonică este bidirecțională. Multiplexarea se realizează folosind multiplexarea pe diviziune în timp (TDM).

Într-un canal principal, informațiile sunt organizate ca o secvență continuă de cadre. Fiecare canal de abonat din fiecare cadru este alocat intervalul de timp în care sunt transmise datele de pe acest canal.

Astfel, în liniile telefonice analogice moderne, semnalele analogice sunt transmise prin linia de abonat, iar semnalele digitale sunt transmise pe liniile trunk.

Modemuri pentru linii telefonice analogice dial-up

Rețelele telefonice uz public, pe lângă transmisia vocală, vă permit să transmiteți date digitale folosind modemuri.

Un modem (modulator-demodulator) este utilizat pentru a transmite date pe distanțe lungi folosind linii telefonice dedicate și dial-up.

Modulator care vine de la computer informație binară se transformă în semnale analogice cu modulație de frecvență sau fază, al căror spectru corespunde lățimii de bandă a liniilor telefonice vocale convenționale. Demodulatorul extrage informația binară codificată din acest semnal și o transmite computerului receptor.

Modemul fax (fax-modem) vă permite să trimiteți și să primiți imagini fax, compatibile cu aparatele fax convenționale.

Modemuri pentru linii telefonice dedicate

Liniile fizice închiriate au o lățime de bandă mult mai mare decât liniile comutate. Pentru ei sunt produse modemuri speciale, care asigură transmisie de date la viteze de până la 2048 kbit/s și pe distanțe lungi.

tehnologii xDSL

Tehnologiile xDSL se bazează pe conversia liniei de abonat a unei rețele telefonice obișnuite din analog în digital xDSL (Digital Subscriber Line). Esența acestei tehnologii este că filtrele splitter sunt instalate la ambele capete ale liniei de abonat - la centrala telefonică și la abonat.

Componenta de joasă frecvență (până la 3,5 kHz) a semnalului este alimentată către echipamentele telefonice convenționale (port PBX și telefon setat la abonat), iar frecvența înaltă (peste 4 kHz) este utilizată pentru transmisia de date folosind modemuri xDSL.

Tehnologiile xDSL vă permit să utilizați simultan aceeași linie telefonică atât pentru transmisia de date, cât și de voce ( convorbiri telefonice), pe care modemurile dial-up convenționale nu le permit.

De obicei, nu ne interesează cum funcționează linia telefonică (dar nu atunci când trebuie să strigăm cu toată puterea în receptorul telefonului: „Vă rog să repetați, nu aud nimic!”).

Companiile de telefonie oferă clienților o mare varietate de servicii. Nu este atât de ușor de înțeles listele de prețuri ale acestor servicii - ce este de fapt oferit și cât ar trebui să plătești pentru ce serviciu. În acest articol nu vom spune o vorbă despre prețuri, dar vom încerca să aflăm care sunt diferențele dintre cele mai frecvente produse și servicii oferite în domeniu. comunicare telefonică.

LINII ANALOGICE, LINII DIGITALE

În primul rând, liniile pot fi analogice și digitale. Semnalul analogic se modifică continuu; are întotdeauna o valoare specifică, reprezentând, de exemplu, volumul și înălțimea vocii transmise sau culoarea și luminozitatea unei anumite zone a imaginii. Semnalele digitale au doar valori discrete. De regulă, semnalul este fie pornit, fie oprit, fie este prezent, fie nu este. Cu alte cuvinte, valoarea sa este fie 1, fie 0.

Liniile telefonice analogice au fost folosite în telefonie din timpuri imemoriale. Chiar și telefoanele vechi de cincizeci de ani pot fi conectate cel mai probabil la o buclă locală - linia dintre priza telefonică de acasă și centrala telefonică centrală. (Un birou central de telefonie nu este un zgârie-nori strălucitor în centrul unui oraș; bucla medie a abonaților nu are o lungime mai mare de 2,5 mile (patru kilometri), așa că un „oficiu central telefonic” este de obicei situat într-o clădire nedescriptivă din apropiere.)

În timpul conversatie telefonica Microfonul încorporat în receptor transformă vorbirea într-un semnal analogic, transmis către centrala telefonică centrală, de unde merge fie către o altă buclă de abonat, fie către alte dispozitive de comutare, dacă numărul apelat se află în afara zonei de acoperire a acestei centrale. Când se formează un număr, telefonul generează semnale în bandă transmise pe același canal principal, indicând cui este destinat apelul.

De-a lungul existenței lor, companiile de telefonie au acumulat o vastă experiență în transmisia vocală. S-a stabilit că intervalul de frecvență de la 300 la 3100 Hz este în general suficient pentru a îndeplini această sarcină. Să ne amintim că sistemele audio hi-fi sunt capabile să reproducă sunetul fără distorsiuni în intervalul de frecvență de 20-20000 Hz, ceea ce înseamnă că raza de acțiune a telefonului este de obicei suficientă doar pentru ca abonatul să recunoască apelantul prin voce (pentru alte aplicații acest lucru raza de acțiune este probabil prea îngustă - pentru transmiterea muzicii, de exemplu, comunicarea telefonică este complet nepotrivită). Companiile de telefonie oferă o scădere lină a răspunsului amplitudine-frecvență la frecvențe înalte și joase folosind un canal telefonic analogic de 4000 Hz.

Centrala telefonică centrală, de regulă, digitalizează semnalul destinat transmiterii ulterioare prin rețeaua telefonică. Cu excepția comitatului Gilbeth (Arkansas) și Rat Fork (Wyoming), toate rețelele de telefonie americane transmit semnale între stațiile centrale în mod digital. Deși multe companii folosesc schimburi digitale de sucursale private și facilități de transmisie de date, iar toate facilitățile ISDN se bazează pe codificare digitală, buclele de abonat sunt încă „ultimul bastion” al comunicațiilor analogice. Acest lucru se explică prin faptul că majoritatea telefoanelor din locuințe particulare nu au mijloace de digitizare a semnalului și nu pot funcționa cu linii cu o lățime de bandă de peste 4000 Hz.

PENTRU CE ESTE SUFICIENT 4000 Hz?

Un modem este un dispozitiv care convertește semnalele digitale ale computerului în semnale analogice cu frecvențe în lățimea de bandă a unei linii telefonice. Debitul maxim al unei legături este direct legat de lățimea de bandă. Mai precis, cantitatea de debit (în biți/sec) este determinată de lățimea de bandă și toleranța raportului semnal-zgomot. În prezent, debitul maxim al modemurilor - 33,6 Kbps - este deja aproape de această limită. Utilizatorii modemurilor de 28,8 Kbps sunt conștienți de faptul că liniile analogice zgomotoase rareori oferă lățime de bandă completă. debitului, care de multe ori se dovedește a fi mult mai scăzut. Compresia, memorarea în cache și alte trucuri ajută la îmbunătățirea oarecum situația, dar, cu toate acestea, este mai probabil să trăim pentru a vedea inventarea unei mașini cu mișcare perpetuă decât pentru a vedea apariția modemurilor cu o lățime de bandă de 50 sau cel puțin 40 Kbps pe obișnuit. linii analogice.

Companiile de telefonie rezolvă problema opusă - digitizează semnalul analogic. Pentru a transmite semnalul digital rezultat, se folosesc canale cu o lățime de bandă de 64 Kbit/s (acesta este standardul mondial). Acest canal, numit DS0 (semnal digital, nivel zero), este blocul de bază din care sunt construite toate celelalte linii telefonice. De exemplu, puteți combina (termenul corect este condens) 24 de canale DS0 într-un canal DS1. Prin închirierea unei linii T-1, utilizatorul primește de fapt un canal DS1. Când calculăm debitul total al DS1, trebuie să ne amintim că după fiecare 192 de biți de date (adică de 8000 de ori pe secundă), este transmis un bit de sincronizare: un total de 1,544 Mbps (64000 de ori 24 plus 8000).

Linii închiriate, linii comutate

Pe lângă linia T-1, clientul poate închiria linii închiriate sau poate folosi linii obișnuite de comutare. Prin închirierea unui circuit T-1 sau a unei linii de date de viteză redusă, cum ar fi un serviciu digital de dataphone (DDS), de la o companie de telefonie, abonatul închiriază efectiv o conexiune directă și, ca urmare, devine singurul utilizator al unei Circuit de 1,544 Mbps (T-1) sau 56 Kbit/s (linie de viteză mică).

Deși tehnologia frame relay implică comutarea cadrelor individuale, serviciile corespunzătoare sunt oferite utilizatorului sub formă de canale virtuale de comunicare între punctele finale fixe. Din punct de vedere al arhitecturii de rețea, frame relay ar trebui să fie considerat mai mult o linie dedicată decât o linie dial-up; De asemenea, este important ca prețul unui astfel de serviciu pentru aceeași lățime de bandă să fie semnificativ mai mic.

Serviciile de comutare (un exemplu în acest sens ar fi serviciul unui telefon rezidențial obișnuit) sunt servicii achiziționate de la compania de telefonie. La cerere, abonatului i se asigură o conexiune printr-o rețea de comutatoare publice la orice nod al rețelei de telefonie. Spre deosebire de situația cu liniile închiriate, în acest caz taxa se percepe pentru timpul de conectare sau volumul real de trafic și depinde în mare măsură de frecvența și volumul de utilizare a rețelei. Serviciile de comunicații digitale pot fi furnizate pe baza protocoalelor X.25, Switched 56, ISDN Basic Rate Interface (BRI), ISDN Primary Rate Interface (PRI), Switched Multimegabit Data Service (SMDS) și protocoale ATM. Unele organizații, cum ar fi universitățile, căi ferate sau organizațiile municipale creează rețele private folosind propriile switch-uri și închiriate, și uneori chiar propriile linii.

Dacă linia primită de la compania de telefonie este digitală, atunci pentru comunicarea între reteaua telefonicași echipamentele terminale (termen de companie de telefonie pentru echipamente precum computere, faxuri, telefoane video și telefoane digitale) nu trebuie să convertească semnalele digitale în analogice și, prin urmare, elimină necesitatea unui modem. Cu toate acestea, în acest caz, utilizarea rețelei telefonice impune anumite cerințe abonatului. În special, ar trebui să vă asigurați că bucla locală este terminată corect, că traficul este transportat corect și că diagnosticarea companiei de telefonie este acceptată.

Linia care acceptă protocolul ISDN BRI trebuie conectată la un dispozitiv numit NT1 (terminarea rețelei 1). Pe lângă încheierea liniei și sprijinirea procedurilor de diagnosticare, dispozitivul NT1 coordonează o buclă de abonat cu două fire cu un sistem de echipament terminal digital cu patru fire. Când se utilizează linii digitale închiriate T-1 sau DDS sau servicii de comunicații digitale, ar trebui utilizată o unitate de serviciu canal (CSU) ca încărcare de linie. CSU funcționează ca un terminator, asigură încărcarea corectă a liniei și procesează comenzile de diagnosticare. Echipamentul terminal al clientului interacționează cu o unitate de servicii de date (DSU), care convertește semnalele digitale într-o formă standard și le transmite către CSU. Din punct de vedere structural, CSU și DSU sunt adesea combinate într-un singur modul numit CSU/DSU. DSU poate fi încorporat într-un router sau multiplexor. Astfel, în acest caz (deși aici nu sunt necesare modemuri), va fi necesară instalarea anumitor dispozitive de interfață.

MEDIA PENTRU COMUNICAȚII TELEFONICE

Majoritatea buclelor analogice de abonat pot oferi un debit de 33,6 Kbps numai în condiții foarte favorabile. Pe de altă parte, la fel pereche răsucită, care conectează biroul la centrala telefonică centrală, poate fi folosit cu ușurință pentru a lucra cu ISDN BRI, care oferă un flux de date de 128 Kbps și încă 16 Kbps pentru management și configurare. Ce s-a întâmplat? Semnalul transmis prin linii telefonice analogice este filtrat pentru a suprima toate frecvențele de peste 4 kHz. Când se utilizează linii digitale, o astfel de filtrare nu este necesară, astfel încât lățimea de bandă a perechii răsucite este semnificativ mai largă și, în consecință, debitul crește.

Liniile închiriate cu o capacitate de 56 și 64 Kbps sunt linii digitale cu două sau patru fire (în acest din urmă caz, o pereche este folosită pentru transmisie, iar cealaltă pentru recepție). Aceleași linii sunt potrivite ca purtător pentru furnizarea de servicii de comunicații digitale, de exemplu, Frame Relay sau Switched 56. Liniile cu patru fire sau chiar cablurile optice sunt adesea folosite ca purtător pentru T-1, precum și ISDN PRI și Frame Relay. . Liniile T-3 sunt uneori cablu coaxial, dar de cele mai multe ori acestea sunt încă efectuate pe bază de optică.

Deși ISDN continuă să atragă atenția pe scară largă ca mijloc de transmitere a semnalului de mare viteză pe distanțe lungi, în ultima vreme Au apărut mijloace de comunicare mai noi pentru „ultimul milă” (adică bucla de abonat). PairGain și AT&T Paradyne oferă produse bazate pe tehnologia HDSL (digital subscriber loop) de la Bellcore. Aceste produse vă permit să egalizați capacitățile tuturor buclelor de abonați existente; Instalând dispozitive HDSL la ambele capete ale liniei, puteți obține un proces de transfer DS1 (1,544 Mbit/s) pe aproape toate buclele de abonat existente. (HDSL cu lungimea de până la 3,7 km poate fi folosit pe buclele de abonat fără repetitoare în cazul firelor standard de calibrul 24. Pentru ca liniile obișnuite T-1 să funcționeze, repetoarele trebuie instalate la fiecare kilometru și jumătate). O alternativă la HDSL pentru a obține debitul DS1 de ultima milă este fie să folosiți cablu optic (care este destul de scump), fie să instalați mai multe repetoare pe fiecare linie (nu la fel de costisitoare ca tehnologia cu fibră optică, dar totuși nu ieftină). În plus, în acest caz, costurile companiei de telefonie, și deci ale clientului, pentru menținerea liniei în stare de funcționare cresc semnificativ.

Dar nici măcar HDSL nu este ultimul cuvânt în tehnologie în domeniul creșterii capacității în ultima milă. Succesorul lui HDSL, tehnologia ASDL (asymmetrical digital subscriber line), este de așteptat să ofere un debit de 6 Mbps într-o singură direcție; debitul celuilalt este semnificativ mai mic - ceva în jur de 64 Kbps. În mod ideal, sau cel puțin în absența unui monopol - presupunând că costul serviciului pentru client este aproximativ egal cu costul acestuia pentru compania de telefonie - o mare parte a clienților ar putea folosi ISDN PRI (sau alte servicii bazate pe T-1). ) la un cost , comparabil cu prețul actual ISDN BRI.

Astăzi, totuși, susținătorii ISDN-ului probabil nu au de ce să-și facă griji; În cele mai multe cazuri, companiile de telefonie vor alege să mărească capacitatea liniei și să-și buzuneze toate profiturile fără a reduce costul serviciului pentru client. Nu este deloc evident că tarifele pentru servicii ar trebui să se bazeze pe bunul simț.

Tabelul 1. Tipuri de servicii telefonice

Tip de linie

Serviciu

Tip de comutare

Purtător de buclă abonatului

Linie analogică

Comutare de linie

Pereche răsucită cu două fire

DS0(64 Kbps)

DDS (linie închiriată)

Linie închiriată

PVC cu comutare

Pereche răsucită cu două sau patru fire

Comutare

Pereche răsucită cu două sau patru fire

Comutare de linie

Pereche răsucită cu două sau patru fire

Comutare de linie

Pereche răsucită cu două sau patru fire

Comutare de linie

Pereche răsucită cu două fire

DS0 multiple

(de la 64 Kbps la

1536 Mbps

incremente de 64 Kbps)

Linie închiriată

Pereche răsucită cu două sau patru fire

PVC cu comutare

Pereche răsucită cu două sau patru fire

(1544 Mbps)

(24 linii DS0)

Linia închiriată T-1

Linie închiriată

PVC cu comutare

Pereche torsadată cu patru fire sau fibră optică

Comutarea de pachete

Pereche torsadată cu patru fire sau fibră optică

Comutare de linie

Pereche torsadată cu patru fire sau fibră optică

(44736 Mbps)

(28 linii DS1,

672 linii DS0)

Comutare celulară

Comutarea de pachete

Cablu coaxial sau fibră optică
Steve Steinke poate fi contactat prin internet la:

Când transmiteți un semnal pe distanțe lungi, este benefic din punct de vedere energetic să folosiți frecvența înaltă purtător parametri ai cărora modulată transmise semnal. Pentru transfer

vocile pe canalele de comunicație folosesc de obicei două metode de modulare a purtătorului: amplitudine(AM) și frecvenţă(Cupa Mondială). Cu toate acestea, sistemele de linie fixă ​​au folosit doar AM, pentru care este necesar lățimea de bandă a canalului transmisia a fost 2, unde - dungă frecvențele ocupate de semnal (și anume, CFC). Mai mult, folosind tehnologia de compactare bazată pe AM-OBP, a fost posibilă filtrarea componentelor din partea stângă sau dreaptă, precum și suprimarea purtătorului (CA) și formarea semnalului canalului dorit (vezi Capitolul 3, Fig. 3-3). .

Asociem sistemele de comunicații cu sistemele de comunicații vocale sau telefonice, care abia în ultimii 20 de ani (în legătură cu dezvoltarea comunicațiilor prin modem) au început să fie folosite pentru transmisia de date. Aceste sisteme au fost calculate și optimizate pentru transmiterea vorbirii și au fost construite ca multicanal, folosind diverse metode garnituri de canal pentru transmisia prin cablu a tot mai multor canale.

Având în vedere că banda de frecvență CFC (300-3400 Hz) trebuia filtrată de un filtru trece-bandă analog real, și nu ideal, s-a propus să se utilizeze o bandă de 4 kHz ca lățime a benzii de bază de proiectare. canal telefonic standard(STK), bandă de protecție între două canale adiacenteîn același timp, a fost de 900 Hz, ceea ce a făcut posibilă reducerea semnificativă a interferenței tranzitorii dintre canalele telefonice.

Modularea codului de impulsuri (PCM)

Metodele de reprezentare a semnalului digital s-au bazat pe proces prelevarea de probe semnal vocal transmis, de ex. utilizare mostre, luate periodic din frecvența de prelevare f d. A fost selectat din condiția restabilirii ulterioare (la punctul de recepție) a semnalului fără pierderi folosind un filtru trece-jos (cu f cp=4 kHz) bazat teorema Kotelnikov-Nyquist, susținând că semnal cu spectru limitatf cpM.B. restaurat fără pierderi dacă frecvența de eșantionare este cel puțin f d=2 f cp. Din aceasta am constatat că pentru STC frecvența de eșantionare este de 8 kHz, adică. probele trebuie luate din perioada de prelevare T d = 125 µs, (Fig. 8-1).


Fig.8-1. Convertiți semnalul analogic în semnal PCM digital

Următorul pas - cuantizarea amplitudinile probei, de ex. definirea echivalentului său valoare digitală. Pașii specificati care trebuie întreprinși când modularea codului de impuls(PCM), a făcut posibilă trecerea de la un semnal vocal analogic la digital.

Valoarea numerică a fiecărui eșantion din această schemă a fost reprezentată în continuare ca 7-8 biți cod binar. Procesele de formare a PCM sunt prezentate în Fig. 8-1, repetate aici (vezi Capitolul 1) pentru claritatea și integritatea prezentării.

Am numit această codificare codificareși a făcut posibilă transmiterea a 256 (2 8) niveluri de amplitudine a semnalului discret, ceea ce era economic pentru transmisie (deoarece necesita un canal central de circulație cu o viteză de 64 kbit/s), dar nu suficient din punct de vedere al transmisiei vocale calitate. Ca urmare, înainte de codificare, intervalul dinamic al semnalului vocal a fost comprimat de un circuit de compresie (vezi Capitolul 3, Fig. 3-8). Aceasta asigura transmisia vorbirii cu un interval dinamic de aproximativ 42 sau 48 dB.

Aproape toate semnalele electrice care afișează mesaje reale conțin un spectru infinit de frecvențe. Pentru transmiterea nedistorsionată a unor astfel de semnale, ar fi necesar un canal cu lățime de bandă infinită. Pe de altă parte, pierderea a cel puțin o componentă a spectrului în timpul recepției duce la distorsiunea formei temporale a semnalului. Prin urmare, sarcina este de a transmite un semnal pe o lățime de bandă limitată a canalului, astfel încât distorsiunea semnalului să îndeplinească cerințele și calitatea transmisiei informațiilor. Astfel, o bandă de frecvență este un spectru de semnal limitat (pe baza considerentelor tehnice și economice și a cerințelor pentru calitatea transmisiei).

Lățimea de bandă de frecvență ΔF este determinată de diferența dintre frecvențele superioare F B și inferioare F H din spectrul mesajului, ținând cont de limitările acestuia. Astfel, pentru o secvență periodică de impulsuri dreptunghiulare, lățimea de bandă a semnalului poate fi găsită aproximativ din expresia:

unde t n este durata pulsului.

1.Semnal telefonic primar (mesaj vocal), numit și abonat, este un proces aleator nestaționar cu o bandă de frecvență de la 80 la 12.000 Hz. Inteligibilitatea vorbirii este determinată de formanți (regiuni amplificate ale spectrului de frecvență), majoritatea fiind situate în banda 300 ... 3400 Hz. Prin urmare, la recomandarea Comitetului Consultativ Internațional pentru Telefonie și Telegrafie (ICITT), pentru transmisia telefonică a fost adoptată o bandă de frecvență transmisă eficient de 300 ... 3400 Hz. Acest semnal se numește semnal de frecvență vocală (VF). În același timp, calitatea semnalelor transmise este destul de ridicată - inteligibilitatea silabelor este de aproximativ 90%, iar inteligibilitatea frazei este de 99%.

2.Semnale de difuzare audio . Sursele de sunet la transmiterea programelor de difuzare sunt instrumentele muzicale sau vocea umană. Spectru semnal sonor ocupă o bandă de frecvenţă de 20...20000 Hz.

Pentru destul calitate superioară(canale de difuzare de primă clasă) banda de frecvență ∆F C ar trebui să fie de 50...10000 Hz, pentru reproducerea perfectă a programelor de difuzare (canale) clasa superioara) – 30…15000 Hz., clasa a doua – 100…6800 Hz.

3. În televiziunea difuzată a fost adoptată o metodă pentru convertirea secvenţială a fiecărui element de imagine într-un semnal electric şi apoi transmiterea acestui semnal printr-un canal de comunicaţie. Pentru a implementa acest principiu, pe partea de transmisie sunt folosite tuburi catodice speciale, transformând imaginea optică a obiectului transmis într-un semnal video electric desfășurat în timp.

Figura 2.6 – Proiectarea tubului de transmisie

Ca exemplu, Figura 2.6 prezintă o versiune simplificată a uneia dintre opțiunile tubului de transmisie. În interiorul balonului de sticlă, care se află sub vid înalt, există un fotocatod translucid (țintă) și un reflector electronic (EP). Un sistem de deviere (OS) este plasat în exteriorul gâtului tubului. Reflectorul generează un fascicul subțire de electroni, care, sub influența unui câmp accelerat, este îndreptat către țintă. Folosind un sistem de deviere, fasciculul se deplasează de la stânga la dreapta (de-a lungul liniilor) și de sus în jos (de-a lungul cadrului), parcurgând pe întreaga suprafață a țintei. Colecția tuturor (N) rânduri se numește raster. O imagine este proiectată pe ținta tubului, acoperită cu un strat fotosensibil. Ca rezultat, fiecare secțiune elementară a țintei dobândește sarcina electrica. Se formează un așa-numit potențial relief. Fasciculul de electroni, interacționând cu fiecare secțiune (punct) a reliefului potențial, pare să-și ștergă (neutralizeze) potențialul. Curentul care circulă prin rezistența de sarcină R n va depinde de iluminarea zonei țintă pe care o lovește fasciculul de electroni, iar la sarcină va fi eliberat un semnal video U c (Figura 2.7). Tensiunea semnalului video va varia de la un nivel „negru”, corespunzător zonelor cele mai întunecate ale imaginii transmise, la un nivel „alb”, corespunzător zonelor cele mai luminoase ale imaginii.



Figura 2.7 – Formular semnal TV pe un interval de timp în care nu există impulsuri de cadru.

Dacă nivelul „alb” corespunde valorii minime a semnalului, iar nivelul „negru” corespunde maximului, atunci semnalul video va fi negativ (polaritate negativă). Natura semnalului video depinde de proiectarea și principiul de funcționare al tubului de transmisie.

Semnalul de televiziune este un semnal unipolar pulsat (din moment ce este o funcție de luminozitate, care nu poate fi multipolar). Are o formă complexă și poate fi reprezentată ca suma componentelor constante și armonice ale oscilațiilor de diferite frecvențe.
Nivelul componentei DC caracterizează luminozitatea medie a imaginii transmise. La transmiterea imaginilor în mișcare, valoarea componentei constante se va schimba continuu în funcție de iluminare. Aceste schimbări au loc foarte repede frecvente joase(0-3 Hz). Folosind frecvențele inferioare ale spectrului semnalului video, sunt reproduse detalii mari ale imaginii.

Televiziunea, precum și cinematograful ușor, au devenit posibile datorită inerției viziunii. Terminațiile nervoase ale retinei continuă să fie excitate o perioadă de timp după încetarea stimulului luminos. La o rată a cadrelor F k ≥ 50 Hz, ochiul nu observă intermitența modificării imaginii. În televiziune, timpul pentru citirea tuturor N linii (timpul cadru - Tk) este ales egal cu Tk = s. Pentru a reduce pâlpâirea imaginii, se utilizează scanarea întrețesată. Mai întâi, într-un timp de jumătate de cadru egal cu T p/c = s, toate liniile impare sunt citite una câte una, apoi, în același timp, toate liniile pare sunt citite. Spectrul de frecvență al semnalului video va fi obținut la transmiterea unei imagini care este o combinație dintre jumătatea deschisă și întunecată a rasterului (Figura 2.8). Semnalul reprezintă impulsuri apropiate de formă dreptunghiulară. Frecvența minimă a acestui semnal în timpul scanării întrețesute este frecvența câmpurilor, adică.

Figura 2.8 – Pentru a determina frecvența minimă a spectrului semnalului de televiziune

Cu ajutorul frecventelor inalte se transmit cele mai fine detalii ale imaginii. O astfel de imagine poate fi reprezentată sub formă de mici pătrate alb-negru care alternează în luminozitate cu laturile egale cu diametrul fasciculului (Figura 2.9, a), situate de-a lungul liniei. Această imagine va conține cantitate maxima elemente de imagine.


Figura 2.9 – Pentru a determina frecvența maximă a semnalului video

Standardul prevede descompunerea unei imagini într-un cadru în N = 625 de linii. Timpul de trasare a unei linii (Fig. 2.9, b) va fi egal cu . Un semnal care se modifică de-a lungul liniei se obține atunci când pătratele alb și negre se alternează. Perioada minimă de semnal va fi egală cu timpul necesar citirii unei perechi de pătrate:

unde n perechi este numărul de perechi de pătrate dintr-o linie.

Numărul de pătrate (n) din linie va fi egal cu:

unde este formatul cadrului (a se vedea figura 2.2.4, a),

b – lățimea, h – înălțimea câmpului cadrului.

Apoi ; (2,10)

Se presupune că formatul cadrului este k=4/3. Atunci frecvența superioară a semnalului F in va fi egală cu:

La transmiterea a 25 de cadre pe secundă cu 625 de linii fiecare valoarea nominală frecvența de descompunere a liniei (frecvența liniei) este de 15,625 kHz. Frecvența superioară a semnalului de televiziune va fi de 6,5 MHz.

Conform standardului adoptat la noi, tensiunea semnalului video complet U TV, format din impulsuri de sincronizare U C, semnal de luminozitate si impulsuri de amortizare U P, este U TV = U P + U C = 1V. În acest caz, U C = 0,3 U TV și U P = 0,7 U TV. După cum se poate observa din Figura 2.10, semnalul audio este situat mai sus în spectrul (fn 3V = 8 MHz) al semnalului video. De obicei, un semnal video este transmis folosind modulația de amplitudine (AM) și un semnal audio folosind modulația de frecvență (FM).

Uneori, pentru a economisi lățimea de bandă a canalului, frecvența superioară a semnalului video este limitată la valoarea Fv = 6,0 MHz, iar purtătorul audio este transmis la o frecvență fн з = 6,5 MHz.


Figura 2.10 – Plasarea spectrelor de semnale de imagine și sunet într-un canal radio de emisie de televiziune.

Workshop (sarcini similare sunt incluse în lucrările de examen)

Sarcina nr. 1: Găsiți rata de repetare a pulsului semnalului transmis și lățimea de bandă a semnalului dacă există 5 perechi de dungi verticale alternative alb-negru pe ecranul televizorului

Sarcina nr. 2: Găsiți rata de repetare a pulsului semnalului transmis și lățimea de bandă a semnalului dacă există 10 perechi de dungi orizontale alternative alb-negru pe ecranul televizorului

Când rezolvați problema nr. 1, este necesar să folosiți durata cunoscută a unei linii a unui semnal TV standard. În acest timp, va avea loc o modificare de 5 impulsuri corespunzătoare nivelului de negru și 5 impulsuri corespunzătoare nivelului de alb (puteți calcula durata acestora). În acest fel, pot fi determinate frecvența impulsurilor și lățimea de bandă a semnalului.

Când rezolvați problema nr. 2, porniți din numărul total de linii din cadru, determinați câte linii există pe una dungă orizontală, vă rugăm să rețineți că scanarea este întrețesă. Astfel vei determina durata pulsului corespunzătoare nivelului de alb sau negru. Continuați ca în sarcina nr. 1

Când pregătiți lucrarea finală, pentru comoditate, utilizați imagine grafică semnale și spectre.

4. Semnale fax. Comunicarea prin fax (fototelegraf) este transmiterea de imagini statice (desene, desene, fotografii, texte, benzi de ziare etc.). Dispozitivul de conversie a mesajelor fax (imagine) convertește fluxul de lumină reflectat de imagine într-un semnal electric (Figura 2.2.6)


Figura 2.11 - Diagrama funcțională a comunicației prin fax

Unde 1 este canalul de comunicare prin fax; 2 – dispozitive de antrenare, sincronizare și fazare; 3 – tambur transmițător, pe care se așează originalul imaginii transmise pe hârtie; FEP – convertor fotoelectronic al fluxului de lumină reflectată într-un semnal electric; OS - sistem optic pentru a forma un fascicul de lumină.

La transmiterea elementelor alternate în luminozitate, semnalul ia forma unei secvențe de impulsuri. Frecvența de repetare a impulsurilor într-o secvență se numește frecvența modelului. Frecvența modelului, Hz, atinge valoarea maximă atunci când transmite o imagine ale cărei elemente și spațiile care le separă sunt egale cu dimensiunile fasciculului de scanare:

F rismax = 1/(2τ u) (2,12)

unde τ u este durata impulsului egală cu durata de transmisie a elementului de imagine, care poate fi determinată prin parametrii dispozitivului de scanare.

Deci, dacă π·D este lungimea liniei și S este pasul de scanare (diametrul fasciculului de scanare), atunci există elemente π·D/S în linie. La N rotații pe minut ale unui tambur cu diametrul D, timpul de transmisie a elementului de imagine, măsurat în secunde:

Frecvența minimă a imaginii (la schimbarea de-a lungul liniei), Hz, va fi atunci când scanați o imagine care conține dungi alb-negru de-a lungul lungimii liniei, egale ca lățime cu jumătate din lungimea liniei. În același timp

F pус min = N/60, (2,14)

Pentru a realiza comunicații fototelegrafice de calitate satisfăcătoare, este suficient să transmiteți frecvențe de la F pic min la F pic max. Comitetul consultativ pentru telegrafie și telefonie internațională recomandă N = 120, 90 și 60 rpm pentru aparatele de fax; S = 0,15 mm; D = 70 mm. Din (2.13) și (2.14) rezultă că la N = 120 F orez max = 1466 Hz; F fig min = 2 Hz; la N =60 F fig max = 733 Hz; F fig min = 1 Hz; Intervalul dinamic al semnalului de fax este de 25 dB.

Semnale telegrafice și de date. Mesajele și semnalele telegrafiei și transmisiei de date sunt discrete.

Dispozitivele de conversie a mesajelor și datelor telegrafice reprezintă fiecare caracter de mesaj (litera, cifra) sub forma unei anumite combinații de impulsuri și pauze de aceeași durată. Un impuls corespunde prezenței curentului la ieșirea dispozitivului de conversie, o pauză - absenței curentului.

Pentru transmiterea datelor, se folosesc coduri mai complexe, care fac posibilă detectarea și corectarea erorilor în combinația recepționată de impulsuri care decurg din interferențe.

Dispozitivele pentru conversia semnalelor telegrafice și transmiterea datelor în mesaje utilizează combinațiile primite de impulsuri și pauze pentru a restabili caracterele mesajelor în conformitate cu tabelul de coduri și a le transmite către un dispozitiv de imprimare sau un ecran de afișare.

Cu cât durata impulsurilor de afișare a mesajelor este mai scurtă, cu atât mai multe dintre ele vor fi transmise pe unitatea de timp. Reciproca duratei pulsului se numește viteza telegrafică: B = 1/τ și, unde τ și este durata pulsului, s. Unitatea de măsură a vitezei telegrafului a fost numită baud. Cu o durată a impulsului de τ și = 1 s, viteza este B = 1 Baud. Telegrafia folosește impulsuri cu o durată de 0,02 s, ceea ce corespunde unei viteze standard de telegrafie de 50 baud. Ratele de transfer de date sunt semnificativ mai mari (200, 600, 1200 Baud și mai mult).

Semnalele de telegrafie și transmisie de date iau de obicei forma unor secvențe de impulsuri dreptunghiulare (Figura 2.4, a).

La transmiterea semnalelor binare, este suficient să fixați doar semnul pulsului pentru un semnal bipolar, sau prezența sau absența pentru un semnal unipolar. Impulsurile pot fi detectate în mod fiabil dacă sunt transmise folosind o lățime de bandă care este numeric egală cu rata de transmisie. Pentru o viteză telegrafică standard de 50 baud, lățimea spectrului semnalului telegrafic va fi de 50 Hz. La o viteză de 2400 Baud (sistem de transmisie de date cu viteză medie), lățimea spectrului de semnal este de aproximativ 2400 Hz.

5. Putere medie mesaje P SR este determinată prin mediarea rezultatelor măsurătorilor pe o perioadă lungă de timp.

Puterea medie pe care o dezvoltă un semnal aleator s(t) într-un rezistor de 1 ohm:

Puterea conținută într-o bandă de frecvență finită între ω 1 și ω 2 se determină prin integrarea funcției G(ω) β în limitele corespunzătoare:

Funcția G(ω) reprezintă densitatea spectrală a puterii medii a procesului, adică puterea conținută într-o bandă de frecvență infinitezimală.

Pentru comoditatea calculelor, puterea este de obicei dată în unități relative, exprimate în formă logaritmică (decibeli, dB). În acest caz, nivelul de putere este:

Dacă puterea de referință RE = 1 mW, atunci p x se numește nivel absolut și se exprimă în dBm. Luând în considerare acest lucru, nivelul absolut al puterii medii este:

Peak power p peak (ε %) – aceasta este valoarea puterii mesajului care poate fi depășită pentru ε % din timp.

Factorul de vârf a semnalului este determinat de raportul dintre puterea de vârf și puterea medie a mesajului, dB,

Din ultima expresie, împărțind numărătorul și numitorul la RE, ținând cont de (2.17) și (2.19), determinăm factorul de vârf ca diferență între nivelurile absolute ale puterilor de vârf și medie:

Intervalul dinamic D (ε%) este înțeles ca raportul dintre puterea de vârf și puterea minimă a mesajului P min. Intervalul dinamic, ca și factorul de creastă, este de obicei estimat în dB:

Puterea medie a semnalului de frecvență vocală, măsurată în orele aglomerate (BHH), ținând cont de semnalele de control - apelare, apelare etc. - este de 32 μW, ceea ce corespunde unui nivel (față de 1 mW) p av = -15 dBm

Puterea maximă a semnalului telefonic, probabilitatea de depășire care este neglijabil de mică, este de 2220 μW (ceea ce corespunde unui nivel de +3,5 dBm); Puterea minimă a semnalului care poate fi încă auzită pe zgomotul de fundal este considerată a fi de 220.000 pW (1 pW = 10 -12 mW), ceea ce corespunde unui nivel de 36,5 dBm.

Puterea medie P CP a semnalului de difuzare (măsurată într-un punct cu nivel relativ zero) depinde de intervalul de mediere și este egală cu 923 μW când se face media pe o oră, 2230 μW pe minut și 4500 μW pe secundă. Puterea maximă a semnalului de difuzare este de 8000 μW.

Gama dinamică a semnalelor de difuzare DC este de 25...35 dB pentru vorbirea crainicului, 40...50 dB pentru un ansamblu instrumental și până la 65 dB pentru o orchestră simfonică.

Semnalele discrete primare sunt de obicei sub formă de impulsuri dreptunghiulare de curent continuu sau alternativ, de obicei cu două stări rezolvate (binar sau pornit-oprit).

Rata de modulație este determinată de numărul de unități (cipuri) transmise pe unitatea de timp și este măsurată în baud:

B = 1/τ u, (2,23)

unde τ și este durata unui mesaj elementar.

Viteza de transmitere a informațiilor este determinată de cantitatea de informații transmise pe unitatea de timp și este măsurată în biți/s:

unde M este numărul de poziții ale semnalului.

ÎN sisteme binare(M=2) fiecare element transportă 1 bit de informație, prin urmare, conform (2.23) și (2.24):

C max =B, biți/s (2,25)

Întrebări de securitate

1. Definiți conceptele „informație”, „mesaj”, „semnal”.

2. Cum se determină cantitatea de informații dintr-un singur mesaj?

3. Ce tipuri de semnale există?

4. Cum diferă un semnal discret de un semnal continuu?

5. Cum diferă spectrul? semnal periodic din spectrul unui semnal non-periodic?

6. Definiți lățimea de bandă a semnalului.

7. Explicați esența transmiterii mesajelor prin fax.

8. Cum se scanează o imagine TV?

9. Care este rata de cadre într-un sistem TV?

10. Explicați principiul de funcționare al tubului de transmisie TV.

11. Explicați compoziția unui semnal TV complet.

12. Dați conceptul interval dinamic?

13. Enumeraţi principalele semnale de telecomunicaţii. Ce intervale de frecvență ocupă spectrele lor?

Parametrii de bază a lățimii de bandă

Principalii parametri care caracterizează lățimea de bandă de frecvență sunt lățimea de bandă și neuniformitatea răspunsului în frecvență în cadrul benzii.

Lățimea de bandă

Lățimea de bandă este de obicei definită ca diferența dintre frecvențele de limită superioare și inferioare ale secțiunii răspunsului în frecvență la care amplitudinea oscilației (sau pentru putere) este de la maxim. Acest nivel corespunde aproximativ la -3 dB.

Lățimea de bandă este exprimată în unități de frecvență (de exemplu, Hz).

Creșterea lățimii de bandă permite transmiterea mai multor informații.

Neuniformitatea răspunsului în frecvență

Neuniformitatea răspunsului în frecvență caracterizează gradul de abatere de la o linie dreaptă paralelă cu axa frecvenței.

Neuniformitatea răspunsului în frecvență este exprimată în decibeli.

Reducerea neuniformității răspunsului în frecvență în bandă îmbunătățește reproducerea formei semnalului transmis.

Exemple specifice

În teoria antenei, lățimea de bandă este gama de frecvențe la care o antenă funcționează eficient, de obicei în jurul frecvenței centrale (rezonante). Depinde de tipul de antenă și de geometria acesteia. În practică, lățimea de bandă este de obicei determinată de nivelul SWR (raportul undelor staționare). SWR CONTOR

În optică, lățimea de bandă este reciproca lărgirii pulsului pe măsură ce acesta trece fibra optica distante de 1 km.

Deoarece chiar și cel mai bun laser monocromatic emite o gamă de lungimi de undă, dispersia lărgește impulsurile pe măsură ce se propagă prin fibră și astfel distorsionează semnalele. Când se evaluează acest lucru, se folosește termenul de lățime de bandă. Lățimea de bandă este măsurată (în acest caz) în MHz/km.

Din definiția lățimii de bandă este clar că dispersia impune o limitare a domeniului de transmisie și a frecvenței superioare a semnalelor transmise.

Vezi de asemenea

Fundația Wikimedia.

2010.

    Vedeți ce este „banda de frecvență” în alte dicționare: banda de frecventa

    Vedeți ce este „banda de frecvență” în alte dicționare:- Gama de frecvențe limitată de limitele inferioare și superioare [GOST 24375 80] banda de frecvență Setul de frecvențe în limitele considerate [Sistem de testare nedistructivă. Tipuri (metode) și tehnologie de testare nedistructivă. Termeni și definiții... ... - Banda de frecvență 01/06/16: Un set continuu de frecvențe limitate de limitele superioare și inferioare. Nota 1 O bandă de frecvență este caracterizată de două valori care îi determină poziția pe axa frecvenței, de exemplu, inferioară și ... ...

    Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice Banda de frecventa - 1. Gama de frecvență limitată de limitele inferioare și superioare Utilizat în document: GOST 24375 80 2. Banda de frecvență continuă închisă între două limite Utilizat în document: GOST R 51317.4.3 99 Imunitate la frecvență radio... ...

    Vedeți ce este „banda de frecvență” în alte dicționare: Dicționar de telecomunicații

    Vedeți ce este „banda de frecvență” în alte dicționare:- dažnių juosta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. bandă de frecvență vok. Frequenzband, n rus. banda de frecventa, f; banda de frecventa, f pranc. bande de fréquences, f … Fizikos terminų žodynas

    Vedeți ce este „banda de frecvență” în alte dicționare:- dažnių juosta statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. bandă de frecvență vok. Frequenzband, n rus. banda de frecventa, f pranc. bande de fréquences, f … Automatikos terminų žodynas - dažnių juosta statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Signalų generatoriaus dažnių diapazono dalis, kuriaje dažnį galima keisti tolydžiai arba pakopomis. atitikmenys: engl. bandă de frecvență vok. Frequenzbereich, n rus. bandă......

    Vedeți ce este „banda de frecvență” în alte dicționare: Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas - rus frequency band (g), frequency range (m) eng frequency band fra bande (f) de fréquence deu Frequenzband (n) spa rango (m) de frecuencias, banda (f) de frecuencias ...

    Securitatea și sănătatea în muncă. Traducere în engleză, franceză, germană, spaniolă- intervalul de frecvență al benzii de frecvență Zona de schimbare a frecvenței semnalului, limitată de limitele inferioare și superioare. În practică, determinarea limitei superioare folosind formula flow(n)=3·10n 1 Hz este utilizată pe scară largă, limita inferioară fiind egală cu cea superioară... ... Ghidul tehnic al traducătorului

    banda de frecventa (in vibratie)- bandă de frecvență Setul de frecvențe în limitele considerate [GOST 24346 80] Subiecte vibrație EN frecvență band DE frequenzband FR bande de frequence ... Ghidul tehnic al traducătorului

    banda de frecvență a diodelor cu microunde- Δf/f Δf/f Interval de frecvență în care o diodă cu microunde, reglată la o frecvență dată, furnizează parametrii și caracteristicile specificate într-un mod de funcționare constant. [GOST 25529 82] Subiecte dispozitive semiconductoare Conditii generale...... Ghidul tehnic al traducătorului