|
| |
|
Слаботочка Книги Уровень мощности любого мешающего сигнала, будь это шум или помехи, можно легко определить при помощи вольтметра, про-градуированного в среднеквадратических значениях напряжения. Однако возмущения на некоторых частотах в пределах спектра частот речевого сигнала оказываются субъективно более неприятными для восприятия, чем на других. Таким образом, в сетях, где осуществляется передача речи, более полезно изменять мощность шума или помех с учетом как субъективных факторов восприятия шума слушателем, так и его уровня мощности. Наиболее распространенными в телефонии являются следующие два метода измерений: взвешивание с использованием С-контура и псофометрическое взвешивание. Соответствующие кривые приведены на рис. 1.20. Они, по существу, представляют собой характеристики фильтров, которые взвешивают частотный спектр шума в соответствии с его раздражающим влиянием на слушателя. Взвешивание при помощи С-контура представляет собой реакцию 500 типовых телефонных аппаратов. Что касается качества речи, то в этом отношении имеет значение лишь тот шум, который пропускает телефонный аппарат. Отметим, что наиболее ощутимым является шум в интервале частот 1 ... 2 кГц. Метод измерения шума путем взвешивания при помощи С-контура находит применение в странах Северной Америки, в то время как метод измерения путем псофометрического взвешивания является стандартным европейским методом, рекомендованным МККТТ. Стандартным эталоном шума, который используют инженеры-связисты, является один пиковатт, что составляет 10~ Вт или -90 дБм (мощность, выраженная в децибелах относительно одного милливатта). Шум, измеренный по отношению к этому эталону, выражается в числе децибел, которые определяют превышение измеряемого шума над эталонным значением (дБо). Таким образом, уровень шума в 30 дБо соответствует - 60 дБм или 10 ~ Вт мощности. Если измерения проводятся путем взвешивания при помощи С-контура, то уровень мощности выражается в единицах, сокращенно обозначаемых дБоС. Аналогично при измерениях мощности путем псофометрического взвешивания уровень мощности вьфажается Псофометрическое взвешивание  Таблица 1.8. Соотношение между значениями мощности шума, измеренными различными методами Преобразование 250 S0O 1000 2000 4000 8000 Частота, Гц Рис. 1.20. Взвешивающие кривые
* Плоская характеристика в полосе измерения 3 кГц. * Псофометрическая относительно -90 дБ. единицах, сокращенно обозначаемых pWp. Соотношение между >начениями мощности шума, измеренными различными методами, аиведены в табл. 1.8. I Качество аналоговых каналов при передаче речи обычно не оце-давается классическим отношением сигнал-шум. Причиной этого вляется то обстоятельство, что сравнительно низкие уровни шума ли помехи ощутимы лишь во время пауз в разговоре, когда сигнал к канале отсутствует. С другой стороны, во время разговора могут мзникать сигналы помехи высокого уровня, которые абоненты не щущают. Таким образом, абсолютный уровень шума будет более авильной оценкой влияния шума на качество передачи речи, чем адиционное отношение сигнал-шум . Нормы на максимальные эвни шума, принятые на сети фирмы AT&T, равны 28 дБоС для эединений, длина которых не превышает 96 км, и 34 дБоС для единений, длина которых составляет 1600 км . Искажения. В предыдущем разделе затухание сигнала рассматри-jjguiocb при негласном предположении о том, что форма сигнала в приемном конце была идентична форме сигнала на передающем, I изменялась лишь амплитуда сигнала. На самом же деле форма Угнала на приемном конце также претерпевает определенные изме-рния, которые вызываются не внешними воздействиями, а внутренними, присущими самому каналу передачи. В отличие от шумов и loMex искажения являются детерминированными: они воспроизво-гся каждый раз, как только один и тот же сигнал проходит по №ому и тому же тракту в сети связи. Эти искажения можно бо скорректировать, либо скомпенсировать, если только известна 1чина их возникновения. В телефонных сетях много источников искажений различных тов. Телефонные компании минимизировали число тех типов иска-ений, которые в наибольшей степени влияют на субъективно оце-цваемое качество речи. Совсем недавно они стали рассматривать во-сы влияния искажений на качество передачи данных. Возникно-ние некоторых искажений связано с наличием нелинейных элементов, таких, например, как угольные микрофоны, усилители сигналов ЩЧ с насыщением, несогласованные компандеры (см. гл. 3). Другие {искажения являются линейными по своей природе и характеризуются обычно областью частот, в которой искажения либо амплитудные, ибо фазовые. Амплитудные искажения связаны с неравномерностью затухания различных частотах спектра речевых сигналов. Одним из способов мпенсации амплитудных искажений, возникающих при передаче Цечи по длинным линиям, организованным по паре проводов, являют- В промышленности принята практика определения качества речевого канала с рЙ8 *ощью отношения сигнала контрольной частоты к шуму. Однако сигнал контрольной %етоты должен быть выбран с заданным уровнем мощности так, что, по существу, 00 отношение определяет абсолютную мощность шума. г Эти значения мощности шума определенным образом связаны с особой точкой % кта передачи, называемой точкой нулевого уровня передачи , о которой речь пойдет дальше.  Идеальная линейная фазовая /характеристике 5 3 Частота. кГц Рис. 1.21. Амплитудная характеристика тракта передачи при обычном междугородном соединении Частота, кГц Рис. 1.22. Характеристика группового времен! прохождения и фазовая характеристика тракт; передачи при обычном междугородном соединении ся пупиновские катушки, о которых ранее уже говорилось. Амплитудные искажения возникают также при прохождении сигнала через фильтры, ограничивающие спектр частот, которые используются в аппаратуре ЧРК. В идеале эти фильтры должны были бы совершенно одинаково пропускать все частоты спектра речевых сигналов вплоть до 4 кГц и отсекать остальные частоты. Однако на практике затухание постепенно нарастает, начиная с 3 кГц. На рис. 1.21 показана типовая амплитудная характеристика тракта при междугородном соединении. Фазовые искажения обусловлены задержками, характерными для используемой среды передачи. Идеально все частотные составляющие должны иметь одну и ту же задержку в системе передачи, так чтобы на приемном конце было выдержано соответствующее фазовое соотношение. Если же различные частотные составляющие сигнала имеют различную задержку, то возникают фазовые искажения, поскольку принимаемый сигнал, получаемый суперпозицией частотных составляющих на приемном конце, отличается от переданного сигнала. По некоторым причинам, которые здесь не рассматриваются, задержка отдельных составляющих сигнала, называется обычно групповым временем прохождения сигнала. Для более детального знакомства с этим вопросом отсылаем читателя к литературе [13]. Постоянное групповое время прохождения сигнала соответствует фазовой характеристике, которая в этом случае представляет собой прямо пропорциональную зависимость от частоты. Поэтому такие системы с постоянным групповым временем прохождения сигнала называются системами с линейной фазовой характеристикой. Любое отклонение от линейной зависимости рассматривается как фазовое искажение. Следует отметить, что фазовые искажения при передаче речевого сигнала малоощутимы. Фазовая характеристика тракта передачи и соответствующее групповое время прохождения сигнала для типичного междугородного соединения показаны на рис. 1.22. Кроме искажений, о которых мы уже говорили, системы передачи вносят иногда и другие виды частотных искажений, такие как смещение несущей, фазовые дрожания, фазовые сдвиги и пропадание сигнала. Мешающее влияние этих факторов можно практически нейтрализовать в случае передачи речи, в случае же передачи высо-икоскоростных потоков данных иногда возникают определенные труд-ности. I Эхо и самовозбуждение. Явления эха и самовозбуждения возникают из-за того, что передаваемые сигналы вследствие взаимосвязей Попадают в обратный канал и возвращаются вновь к своему источ-нику. Наиболее общей причиной возникновения обратных связей йивляется несогласованность полных сопротивлений диффсистем на jCTbiKC двухпроводных цепей с четырехпроводными. Как видно из рис. 1.23, в результате несогласованности полных сопротивлений диффсистем сигналы, передаваемые по исходящей цепи четырех-?проводного тракта, проникают на входящую цепь и возвращаются {К источнику. Обеспечение полного согласования сопротивлений в ис->ходящей цепи практически невозможно, поскольку коммутируемая 1сеть содержит множество различных абонентских и соединительных линий, каждая из которых имеет свое собственное характеристиче-рское сопротивление. I Если в процессе передачи сигнала возникает только один от-раженный сигнал, то обычно говорят о явлении эха говорящего . Если же происходит еще одно отражение, то говорят о явлении 1 эха слушающего . Если же сигнал обратной связи многократно воз-эращается к источнику, проходя по прямой и обратной цепям не- Ёколько раз, то возникает явление самовозбуждения (генерации), (бычно это явление происходит в тех случаях, когда усиление в епи обратной связи на некоторой частоте оказывается больше единицы. Если усиление в цегш обратной связи ненамного больше ницы, то создаются условия, близкие к условиям генерации, при торых возникают затухающие колебания. Условия генерации и ювия, близкие к генерации, определяют мешающее воздействие к на говорящего, так и на слушающего. Наиболее ощутимым раздражающим является обычно эхо говорящего. Степень раздражающего воздействия эха, испытываемого говоря-, зависит как от величины обратного сигнала, так и от его ;ержки [14, 15]. При установлении соединений на короткие рас-ояния задержка настолько мала, что эхо проявляется просто как тественное слияние сигналов в ухе говорящего. Фактически теле- Двухпроводная цепь Четырехпроводная цепь Двухпроводная цепь Диффсистема Диффсистема Рис. 1.23. Образование сигналов эха на стыке двухпроводной цепи с четырехпроводной фон намеренно проектируется так, чтобы некоторая часть энергии речевого сигнала (так называемое явление местного эффекта) поступала в телефонный капсюль. В противном случае ддя говорящего телефон воспринимается мертвым. Поэтому практически мгновенные сигналы эха просто добавляются к сигналам местного эффекта и оказываются неощутимыми. Однако, когда задержки возрастают, необходимо принимать меры к подавлению эха с тем, чтобы исключить возможное раздражение слуха говорящего. Поэтому чтобы минимизировать раздражающий эффект эха, затухание на междугородных линиях необходимо поддерживать достаточно большим. К счастью, сигнал эха претерпевает вдвое большее затухание, чем прямой, поскольку проходит двойной путь передачи. При установлении соединений на средние расстояния затухание линии выбирается в пределах от 2 до б дБ в зависимости от задержки. Если длина соединительного тракта превосходит 1125 км (или двусторонняя задержка превышает 45 мс), то для подавления эха необходимо внести в тракт дополнительное затухание, причем его значение будет больше, чем то, которое допустимо для исходного передаваемого сигнала. В таких случаях используются эхо-заградители, которые осуществляют динамическое управление включением высоких уровней затухания (обычно 35 дБ) в зависимости от активности речи. Эхо-заградители включают в четырехпроводные цепи; они сравнивают силу звука в каждой цепи и вносят затухание в ту цепь, где уровень мощности сигнала наименьший. Таким образом, обеспечивается значительное затухание отраженных сигналов эха, причем остаточное затухание тракта при передаче основного сигнала будет либо весьма мало, либо практически равно нулю. Однако эхо-заградители имеют один недостаток, который проявляется при использовании их в телефонных цепях. Он состоит в том, что эхо-заградители могут клиппировать начальные фрагменты речевых сегментов. Если один из участников переговоров начнет говорить в конце фразы другого, то эхо-заградитель не пропустит новый фрагмент речи, пока не истечет время, требуемое для переключения направления. Более новые эхо-заградители могут достаточно быстро изменять направление передачи (в течение времени от 2 до 5 мс 14]) и тем самым минимизировать эффект клиппирования. Даже при наличии таких новых эхо-заградителей один из участников переговоров не может вклиниться в речь другого участника, если он не будет говорить громче, чем второй. Последние достижения в области технологии изготовления электронных схем открыли путь для разработки новых способов управления сигналами эха для использования при передаче речи по линиям связи. Новые приборы, называемые эхо-компенсаторами, настроены таким образом, что позволяют исключить только отраженные сигналы, не затрагивая речь другого абонента. Принцип работы эхо-компенсаторов состоит в запоминании передаваемой речи в памяти и хранении ее там в течение времени, равного времени двусторонней задержки цепи. Затем записанный в памяти сигнал ослабляется и вычитается из приходящего обратного сигнала. Таким об- разом, эхо-гашение требует наличия информации о длине пути и коэффициентах отражения и непрерывного запоминания передаваемого сигнала. Лишь в последнее время выпуск сложных электронных схем, которые могут реализовать все эти операции, стал экономически оправданным. Разработчики фирмы Bell System создали для линий спутниковой связи эхо-компенсатор в интегральном исполнении [16]. Для более детального знакомства со всеми типами устройств подавления эха можно обратиться к [17]. В общем случае все методы, применяемые для подавления эха, могут быть использованы и для подавления самовозбуждения. В то же время на некоторых (очень коротких) линиях нет необходимости принимать меры к подавлению эха, но преодоление самовозбуждения тракта становится серьезной проблемой. Самовозбуждение может возникнуть также и в незанятых передачей сигналов цепях; кроме того, возникают сложности в тех случаях, когда самовозбуждение приводит к перегрузке усилителей или вызывает нелинейные искажения в аппаратуре группообразования с ЧРК. 1.2.8. Уровни мощности Как уже было показано в предыдущих разделах, при установ-дении междугородных соединений необходимо обеспечить жесткую регулировку мощности речевого сигнала. Мощность передаваемого сигнала должна быть достаточно большой, чтобы этот сигнал был отчетливо воспринят, но вместе с тем не настолько велика, чтобы привести в результате к нестабильности канала и появлению сигналов эха и самовозбуждения. Чтобы осуществлять жесткий контроль уровня мощности сигнала щри передаче по каналу между оконечными устройствами в случае, когда канал связи включает множество систем передачи, телефонные jKOMnaHHH обязательно контролируют остаточное затухание и усиление каждой системы передачи. Обычно при проектировании исходят либо из местоположения линии связи в иерархии сети, либо из ЦЛины линии, что делают чаще. В общих чертах более длинные йании имеют большее остаточное затухание, включая линии таких длин, при которых используются эхо-заградители. Если применяются эхо-заградители, то не обязательно вносить остаточное затухание в 1анал. Однако из-за того, что все междугородные линии связи проектируют, исходя из значения остаточного затухания, при установлении практически всех междугородных соединений канал передачи имеет некоторое остаточное затухание даже в тех случаях, когда на самом длинном участке цепи включаются эхо-заградители. Чтобы управлять остаточным затуханием линий связи, уровни передачи на различных участках системы передачи определяют, ис-Шр,я из уровня некоторой контрольной точки (точки отсчета). МККТТ рекомендовал называть эту точку точкой относительного 101левого уровня: эквивалентный термин, принятый в странах Северной Америки - точка нулевого уровня передачи (0-TLP). Точка 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
|||||||||||||||||||||||