Попередня сторінка          Зміст           Наступна сторінка          Електронні посібники ВНТУ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ВИВЧЕННЯ ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОСТОРОННЬОГО КАНАЛУ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ

Мета: вивчити основні параметри та характеристики односторонніх каналів і взаємозв'язок між ними, а також вивчення методів експериментального та теоретичного дослідження каналів.

Обладнання:    1. Лабораторний макет;

                            2. Вольтметр ВЗ-38А;

                           3. Генератор ГЗ-33.

2.1 Теоретичні відомості

2.1.1 Лінії зв'язку і канали передачі даних

Для того щоб передавати різну інформацію, спочатку повинна бути створено середовище її поширення, яка представляє собою сукупність ліній, або ж каналів передачі даних зі спеціалізованим приймально-передавальним устаткуванням. Лінії, або ж канали зв`язку, є сполучною ланкою в будь-якій сучасній системі передачі даних, і з точки зору організації поділяються на два основних типи — це лінії і канали.

Каналом зв'язку називається сукупність лінійних і станційних пристроїв і споруд, за допомогою яких сигнали передаються від джерела до споживача інформації.

Одностороннім каналом називається чотириполюсник, що складається з вузлів апаратури та відрізків ліній, які використовуються для передачі сигналів певного виду зв'язку в одному напрямку.

Каналами тональної частоти називаються канали, що працюють в діапазоні частот від 0,3 до 3,4 кГц.

Існують різні типи каналів, які можна класифікувати за різними ознаками:

1. За типом ліній зв'язку: дротяні; кабельні; оптико-волоконні; лінії електропередачі; радіоканали і т. д.

2. За характером сигналів: безперервні; дискретні; дискретно-безперервні (сигнали на вході системи дискретні, а на виході безперервні, і навпаки).

3. За завадозахищеністю: канали без завад; з завадами.

Канали зв'язку характеризуються:

·        ємністю каналу;

·        швидкістю передачі інформації, тобто середньою кількістю інформації, що передається за одиницю часу;

·        пропускною здатністю каналу зв'язку — найбільшою теоретично досяжною швидкістю передачі інформації за умови, що похибка не перевершує заданої величини.

·        надмірністю, що забезпечує достовірність переданої інформації.

Перед передачею сигнал, як правило, обробляється з метою оптимізації його властивостей і узгодження цих властивостей з властивостями самого каналу зв'язку. Сукупність правил такої обробки прийнято називати протоколом. Природно, що на приймальному кінці, для відновлення сигналу в його попередньому вигляді, необхідно знати зазначену сукупність правил, тобто протокол. Тільки в цьому випадку можлива передача інформації без спотворень. Обробку сигналу до необхідного рівня неможливо здійснити без застосування мікропроцесорних засобів і відповідних програм, виконаних на основі певних алгоритмів, часто дуже високого рівня складності.

  2.1.2 Рівні передачі, їх розмірність

Кількісне співвідношення між потужностями, напругами або струмами в каналах зв'язку часто подаються у відносних логарифмічних одиницях — децибелах або непсрах, що називаються рівнями передачі.

Рівні передачі можуть визначатися:

• за потужністю:
       

       (2.1)
• за напругою:
       

       (2.2)
• за струмом:
       

       (2.3)

У формулах 2.1-2.3, Р, U, I – величини потужності, напруги і струму, які діють в точці каналу, що розглядається. Ро, Uo, Io – відповідно величини потужності, напруги і струму, прийняті за еталонні для визначення рівня передачі.

Із формул 2.1-2.3 випливає, що рівень передачі буде додатний, якщо величини з індексом x будуть більші величини з індексом o.

Рівні передачі діляться на абсолютні, відносні та вимірювальні. Рівень передачі називається абсолютним, якщо за еталон прийняти потужність Ро=1мВт. Еталонні величини напруги і струму для визначення абсолютних рівнів обчислюються виходячи з того, що еталонна потужність Ро (1 мВт) виділяється на деякому опорі Ro.

Ro в каналах зв'язку може приймати дискретний ряд значень – 600, 150, 135, 75 Ом, відповідні значення Uo та Іо знаходять застосовуючи закон Ома.

Відносний рівень передачі визначається при умові, що еталонні величини вибираються у відповідності до режиму, встановленого на початку тракту. Відносний рівень показує різницю абсолютних рівнів в точці, що розглядається і на початку тракту.

Якщо відносний рівень за потужністю визначається за формулою:

       

       (2.4)

де Рх - потужність на початку тракту, то після ділення чисельника і знаменника на Р₀ = 1 мВт і логарифмування одержимо:

       

,

       (2.5)

де  – абсолютний рівень за потужністю в точці тракту, що розглядається;

– абсолютний рівень за потужністю на початку тракту.

Між рівнями передачі, визначеними за потужністю, напругою або струмом легко встановлюється взаємозалежність, якщо відомі опори Zx, Zо, на яких виділяється відповідна потужність Рх або Pо. В цьому випадку:

       

,

       (2.6)

або

       

.

       (2.7)

Вимірювальним рівнем називається абсолютний рівень в точці тракту, що розглядається, при умові, що на його початку включений генератор синусоїдальних коливань з частотою 800 Гц, внутрішнім опором 600 Ом і е.р.с. рівною 1,55 В.

Застосування рівнів передачі дозволяє замінити більш трудомісткі операції множення та ділення коефіцієнтів передачі пристроїв каналу простими операціями додавання — віднімання рівнів, що зручніше на практиці. При цьому Міжнародний Союз електрозв'язку рекомендує застосовувати десяткові логарифмічні одиниці — децибели.

2.1.3 Основні характеристики каналів тональної частоти

Основними характеристиками та параметрами каналів тональної частоти є: частотна характеристика коефіцієнта передачі, діаграма рівнів передачі, залишкове загасання та динамічний діапазон каналу.

Діаграма рівнів є графіком зміни відносного рівня вимірюваного гармонічного сигналу по довжині каналу. Вона будується при проектуванні каналу і періодично контролюється під час експлуатації. Приклад діаграми рівнів для телефонного каналу зображений на рисунку 2.1, а. Діаграма рівнів передачі для одностороннього  напрямку передачі зображена на рисунку 2.1, б.

       

.

       (2.7)

Під терміном „залишкове загасання” — a_зал робоче загасання каналу при підключенні до нього навантаження, що дорівнює номінальним вхідним опорам. Математично залишкове загасання визначається, як різниця між сумою всіх згасань і сумою всіх підсилень в каналі:

       

,

       (2.8)

де р — кількість загасань, і — кількість підсилень каналу. Z_ВХ і Z_ВИХ каналу є рівними величинами, тому a_зал можна визначити за формулою:

де Р_вх, Р_вих - рівні передачі на вході і виході каналу.

Для телефонного зв'язку номінальне значення залишкового загасання при f= 800 Гц встановлено рівним 7 дБ. Необхідність такого залишкового загасання визначається умовами стійкості каналу, допустимими спотвореннями від зворотного зв'язку та дією струмів електричного відлуння.

2.2 Опис лабораторного обладнання

Для експериментальних досліджень використовують лабораторний макет, генератор синусоїдальної напруги та вольтметр. Лабораторний макет для вивчення характеристик каналу тональної частоти складається із з'єднаних між собою моделей ліній зв'язку: 2 резистора по 50 Ом, конденсатор 0,047 мкФ - вхідна ланка,  2 резистора по 100 Ом, конденсатор 0,047 мкФ - еквівалент лінії довжиною 1 км з дроту діаметром 0,6 мм, на виході ланка з 2*50 Ом, як це зображено на рисунку 2.2. При експериментальних дослідженнях на вхід макета каналу включають генератор і встановлюють напругу з частотою 800 Гц та амплітудою 1,55 В. Для знімання діаграми рівнів підключають вольтметр в різні точки макета, які імітують відповідні точки лінії.

Відрізки лінії передачі модулюються виразом: U(_X) = Uo× exp(-yx)_,

де U(_X) – напруга в точці відрізка лінії віддаленого від її початку на відстань х, Uo – напруга на початку відрізка лінії, у – дійсна частина постійної розповсюдження.

2.3 Завдання до лабораторної роботи

1. Обчислити значення еталонних напруг і струмів для визначення абсолютних рівнів передачі при різних вхідних опорах лінії табл. Б.1 (додаток Б)
2. Включити лабораторний макет, генератор ГЗ-33, вольтметр. Подати на вхід досліджуваної лінії напругу з частотою – 0,8 кГц і амплітудою – 1,55 В. Виміряти за допомогою вольтметра напругу в усіх доступних для вимірювання точках макета лінії. За цими результатами визначити відповідні абсолютні (Р_ох) та відносні (Р_х) рівні передачі сигналу. Результати вимірювань і розрахунків звести в таблиці Б.2 (додаток Б).
3. За результатами, отриманими в п.2, розрахувати рівні передачі сигналу між вказаними точками. Результати занести в таблицю Б.3 (додаток Б).
4. За результатами експериментів і розрахунків побудувати діаграму рівнів каналу і визначити його залишкове загасання.

2.4 Контрольні запитання

1. Що таке односторонній канал?
2. Перерахувати та дати означення основних характеристик і параметрів каналу зв'язку, що розглядались в роботі.
3. Дати означення рівнів передачі і написати вирази для їх визначення.
4. Яка розмірність рівнів передачі?
5. Як визначити еталонні величини, необхідні для розрахунків абсолютних рівнів передачі?