Многоканальная связь на железнодорожном транспорте (стр. 3 из 4)
Таким образом, в полученном спектре за счёт нелинейности возникают колебания следующих частот:
Построим спектрограмму и определим колебания, выходящие за пределы канала ТЧ (все рассчитанные единицы измеряются в кГц).
1)
Рисунок 2.1 – Спектрограмма № 1
То есть из спектра канала ТЧ 0,3…3,4 кГц выпадает, только частота, кГц:
f1 – f2 = 0,02
2)
Рисунок 2.2 – Спектрограмма № 2
В спектр канала ТЧ 0,3…3,4 кГц не вошла, только частота, кГц:
3·f2 = 3,75
3)
Рисунок 2.3 – Спектрограмма № 3
В спектр канала ТЧ 0,3…3,4 кГц не вошли, частоты, кГц:
2·f1 = 3,6 2·f1 + f2 = 3,96 3·f1 = 5,4
4)
Рисунок 2.4 – Спектрограмма № 4
В спектр канала ТЧ 0,3…3,4 кГц не вошли частоты, кГц:
2·f1 = 3,6 3·f2 = 3,75 2·f2 + f1 = 4,3 2·f1 + f2 = 4,85 3·f1 = 5,4
Нелинейные искажения в этом случае минимальны, так как большинство комбинированных частот, возникших в результате нелинейных искажений, выходят за пределы спектра телефонного канала, и, следовательно, не оказывают никакого влияния на принимаемый сигнал.
Нелинейные искажения вызваны нелинейностью системы обработки и передачи сигнала. Эти искажения вызывают появление в частотном спектре выходного сигнала составляющих, отсутствующих во входном сигнале. Нелинейные искажения представляют собой изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь (например, через усилитель или трансформатор), вызванные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на входе этой цепи и на ее выходе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного.
Для оценки нелинейных искажений, появляющихся от нелинейности амплитудной характеристики ТЧ, пользуются понятием коэффициента нелинейных искажений, который иногда называют клирфактором, К1:
,или коэффициента гармоник К2:
, гдеU1 – амплитуда напряжения основной частоты (первой гармоники канала);
U2 , U3 …– амплитуда второй, третей и т.д. гармоники.
Коэффициент гармоник и клирфактор связаны соотношением:
.Для каналов ТЧ нормируется коэффициент нелинейных искажений. Он не должен превышать 1,5 % при подаче на вход канала тока частотой 800 Гц при уровне 13 дБ.
Типовые значения коэффициента нелинейных искажений: 0 % – синусоида; 3 % – форма, близкая к синусоидальной; 5 % – форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз); до 21 % – сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы; 43 % – сигнал прямоугольной формы.
Для оценки нелинейности групповых трактов используется затухание нелинейности по второй, третьей и т.д. гармоникам, выраженное в децибелах:
, гдеU1 – амплитуда напряжения основной частоты (первой гармоники канала);
Un– амплитуда n-ой гармоники;
P1 , Pn – мощности этих гармоник.
Задача 2.2
Определить псофометрическое напряжение, мощность и уровень шума, создаваемого группой его составляющих.
Исходные данные:
Частоты составляющих шума:
0,3 кГц
0,5 кГц
1,3 кГц
2,5 кГц
3,0 кГц
Эффективные напряжения составляющих шума,:
0,3 мВ
3,5 мВ
1,2 мВ
0,8 мВ
0,1 мВ
Решение.
Оценка общей интенсивности шума производится суммированием мощностей отдельных составляющих. Тогда напряжение суммированного шума можно получить суммированием его составляющих по квадратичному закону:
(2.3)Псофометрическое напряжение на определенной частоте:
Uпсfi = Ki× Ufi, где (2.4)
Ufi – напряжение i-й частотной составляющей;
Ki – псофометрический коэффициент.
Тогда суммарное псофометрическое напряжение шума:
(2.5)Псофометрическая мощность шума:
(2.6)Псофометрический уровень шума:
(2.7)В соответствии с псофометрической характеристикой для телефонных каналов, рекомендованной МККТТ [1, стр. 135], находим псофометрические коэффициенты для заданных частот. Далее по формулам (2.5), (2.6), (2.7) определяем соответственно суммарное псофометрическое напряжение шума U, псофометрическую мощность шума P и псофометрический уровень шума Pp:
Рисунок 2.5 – Псофометрическая характеристика для телефонных каналов
Таблица 2.1 – Значения псофометрических коэффициентов для различных частот
| f, Гц | Kn | f, Гц | Kn |
| 300 | 0,295 | 1900 | 0,723 |
| 400 | 0,484 | 2000 | 0,708 |
| 500 | 0,661 | 2100 | 0,689 |
| 600 | 0,794 | 2200 | 0,670 |
| 700 | 0,902 | 2300 | 0,652 |
| 800 | 1,000 | 2400 | 0,634 |
| 900 | 1,072 | 2500 | 0,617 |
| 1000 | 1,22 | 2600 | 0,598 |
| 1100 | 1,072 | 2700 | 0,580 |
| 1200 | 1,000 | 2800 | 0,562 |
| 1300 | 0,955 | 2900 | 0,543 |
| 1400 | 0,905 | 3000 | 0,525 |
| 1500 | 0,861 | 3100 | 0,501 |
| 1600 | 0,824 | 3200 | 0,473 |
| 1700 | 0,791 | 3300 | 0,444 |
| 1800 | 0,760 | 3400 | 0,412 |
Псофометрическим напряжением называется действующее значение напряжения помех (шумов), измеренное на активном сопротивлении 600 Ом, с учётом неодинакового воздействия напряжения помех различных частот на качество телефонной передачи при помощи весовых (псофометрических коэффициентов) и вычисляется по формуле (2.5).
Псофометрическое напряжение шума измеряется псофометром. Псофометр представляет собой электронный измеритель действующих значений напряжения с псофометрической характеристикой чувствительности, которая формируется четырёхполюсником, называемым псофометрическим фильтром.
Наряду с псофометрическим напряжением шум характеризуется псофометрической мощностью, выделяемой на сопротивлении 600 Ом. Псофометрическая мощность шума определяется формулой (2.6).
Псофометрический уровень шума или помех по мощности (дБ псоф) определяется из выражения (2.7).
В соответствии с рекомендациями МККТТ для канала ТЧ условной кабельной цепи протяжённостью 2500 км в точке с относительным нулевым уровнем средняя за любой час псофометрическая мощность помех не должна превышать 10000 пВт (псоф) для кабельных линий и 20000 пВт (псоф) для воздушных линий связи при метеорологических условиях «лето-сыро», чему соответствует псофометрическое напряжение в точке канала с относительным уровнем – 7 дБ соответственно 1,1 и 1,5 мВ (псоф).
Задача 2.3
A
Определить абсолютные уровни мощности, напряжения и тока сигналов при заданных значениях их мощности, напряжения и тока.
Исходные данные:
Мощность сигнала P:
12 мВт
0,75 мВт
Напряжение сигнала U:
1,25 В
0,05 В
Ток сигнала I:
0,07 мА
4,5 мА
Решение.
где P0, U0, I0 – абсолютные нулевые уровни соответственно мощности, напряжения и тока. В соответствии с рекомендациями МККТТ абсолютный нулевой уровень напряжения и тока определяется на нагрузке с активным сопротивлением R0 = 600 Ом по формулам:
= 0,775 В, 
= 1,29 · 10-3 А, 
Вт.Вычисляем абсолютный уровень при заданных значениях U, I и P: