5. Измерение шумов в каналах и трактах

Посторонние электрические колебания, которые появляются в каналах и групповых трактах МСП, называются шумами. В зависимости от вида шумов строятся СИ для их оценки. Помехи можно подразделить на совпадающие и несовпадающие. Совпадающими помехами называются такие, которые по своему характеру совпадают с полезным сигналом. При телефонной связи такой помехой является внятный телефонный разговор. Совпадающие помехи считаются недопустимыми, поэтому они сводятся к минимуму либо превращаются в несовпадающие помехи допустимой величины.

Несовпадающими помехами называют такие, которые по своему характеру не совпадают с передаваемым сигналом. К таким помехам относятся флуктуационные, импульсные, периодические и другие виды помех. Эти помехи, в свою очередь могут быть подразделены на помехи внешние и внутренние. Внешние помехи обусловлен мешающим воздействием внешних источников: сетей электропитания, грозовых разрядов, промышленных установок, промышленных воздействий на аппаратуру и т.п. внутренние помехи: тепловые, возникающие в проводниках и усилительных элементах; помехи от нелинейных переходов, возникающие из-за нелинейности в групповых трактах.

Мешающее действие помех раньше всего было обнаружено в телефонных каналах. Исследование показало, что ухо человека неодинаково оценивает помехи разной частоты. При оценке мешающего действия синусоидальных составляющих помех их сравнивают с мешающим действием гармонического колебания 800 Гц при измерении в телефонном канале или 1000 Гц – в вещательном канале. Оценка заметности помех осуществлялась экспертным методом. Для обеспечения одинакового мешающего действия помехи частотой f и гармонического колебания частотой 800 Гц их напряжения должны быть различными, т.е. U800=PfUf . Коэффициент Pf служит для оценки степени мешающего действия помехи относительно колебания с частотой 800 Гц. Величина Pf называется псофометрическим коэффициентом напряжения данной частоты. Таблицы псофометрических коэффициентов для телефонных и вещательных каналов были впервые рекомендованы МКТТ (ранее МКФ) еще в 1934г. В дальнейшем эти таблицы уточнялись.

Псофометрическое напряжение Uпсоф – напряжение помех, действующее на активном сопротивлении 600 Ом и измеренное с учетом неодинакового воздействия напряжений различных частот на качество телефонной или вещательной передачи, т.е. с учетом весовых коэффициентов. Псофометрическое напряжение для телефонной передачи равно

(5.1)

где Uf – среднеквадратическое значение отдельных частотных составляющих помех; Pf – псофометрический коэффициент, Р800 – псофометрический коэффициент для частоты сравнения 800 Гц. Для частоты 800 Гц Р800=1. Показание прибора в этом случае определяется соотношением Uпсоф=... .

Для измерения псофометрического напряжения в состав прибора необходимо включить частотно-избирательный фильтр, коэффициент передачи которого для любой частоты в пределах 0,3 ...3,4 кГц равен Pf. Значения псофометрических коэффициентов для различных частот представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

f, Гц

Pf

f, Гц

Pf

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

Помимо фильтра прибор должен содержать квадратичный детектор. Шкалу псофометра обычно градуируют в милливольтах (мВ псоф).

Наряду с псофометрическим напряжением шум характеризуется псофометрической мощностью, выделяемой на сопротивлении 600 Ом. Эту мощность выражают в псофометрических пиковаттах (пВт псоф).

Псофометрическая мощность (пВт) может быть определена из формулы:

(5.2)

Псофометрический уровень помех по мощности (дБ псоф) определяется из выражения:

(5.3)

Большинство псофометров при отключенном взвешивающем фильтре позволяет измерять и обычное среднее квадратическое значение напряжения или мощности шума.

В каком соотношении находятся эффективное и псофометрическое значения напряжений, мощности и уровня? В общем случае однозначного ответа на этот вопрос нет, все зависит от спектрального распределения помехи в диапазоне частот 0,3 ... 3,4 кГц. В частном случае, когда помеха имеет сплошной спектр с равномерным распределением в указанной полосе частот, это отношение может быть определено. Белый шум аппроксимирует шум, получаемый в канале связи. Интересующие нас величины для белого шума пропорциональны полной площади под весовой функцией. Поскольку функция табулирована, операцию интегрирования можно заменить суммированием значений, приведенных в таблице 5.1.

Где n – число значений Pf. При использовании значений таблице 5.1 Uпсоф = 0,75U. При оценке псофометрической мощности можно пользоваться соотношением Pпсоф = 0,56Р. Псофометрический уровень оказывается на 2,5 дБ ниже обычного уровня, определяемого для равномерного шума, т.е. Lпсоф=10lg Pпсоф=10lg 0,56P=L-2,5 дБ.

Исследования, проведенные МККТТ, показали, что пороговая мощность помех, соответствующая едва заметному их проявлению, составляет 100000 пВт (псоф) в точке с нулевым измерительным уровнем.

Структурная схема псофометра изображена на рисунке 5.1. Входное сопротивление прибора изменяется подключением резистора с сопротивлением 600 Ом. Входное устройство трансформированного типа обеспечивает получение симметричного входа. С помощью переключателей S2 и S3 в состав прибора включается либо псофометрический фильтр ФП1 (для телефонного канала), либо ФП2 (для вещательного канала), либо эквивалентное звено ЭЗ. Последнее звено включается при измерении интегральных помех и имеет затухание, одинаковое с затуханием псофометрических фильтров на средних частотах. Детектор обеспечивает квадратичное детектирование. При подведении к псофометру гармонических напряжений с частотами 800 или 1000 Гц показания прибора соответствуют среднеквадратическому значению напряжения на входе прибора.

Рисунок 5.1. Структурная схема псофометра

Рисунок 5.1. Структурная схема псофометра

Псофометры обычно обеспечивают измерение напряжений в пределах 0,05 мВ ... 3В. Так, измеритель шумов ИШС-НЧ позволяет измерять помехи в диапазоне 0,1 мВ ... 3 В. (-90 ... +10 дБ).

При измерении псофометрической ЭДС в канале ТЧ оба его конца должны быть замкнуты на резисторы с сопротивлением, равным характеристическому сопротивлению линии. Поскольку при измерении псофометрического напряжения входное сопротивление псофометра должно быть 600 Ом, то для согласования применяется переходной симметрирующий трансформатор. При этом псофометрическая ЭДС будет равна удвоенному значению псофометрического напряжения. В тех случаях, когда характеристическое сопротивление канала не равно 600 Ом и он замкнут на согласованное сопротивление, следует производить пересчет приведенного напряжения по формуле

U'псоф=Uпсоф.изм (5.4)

Напряжение шума измеряют с интервалом 1 мин. Показания отсчитываются за период 5 с. При измерениях фиксируют средний уровень помехи и не учитывают отдельные резкие отклонения стрелки псофометра. На основании полученных результатов измерений вычисляют мощности, соответствующие измеренным направлениям, и определяют среднее арифметическое значение псофометрической мощности шума за 1 ч.

Средний уровень невзвешенного шума (за 1 ч) в канале тч. Измеряют при полной загрузке системы передачи.

Средний уровень шумов (за 1 ч) в первичном сетевом групповом тракте измеряют в ЧНЗ при полной загрузке системы передачи, включая работу канала телевидения. Измерения выполняют в обоих направлениях передачи в точке номинального относительного уровня (по мошности) –23 дБм0 при нагрузке входа тракта на противоположном конце (в точке номинального относительного уровня –36дБм0) на резисторе сопротивлением 150 Ом. Перед измерением шумов необходимо проверить номинальное значение остаточного усиления первичного тракта в соответствии с существующими нормами.

Напряжение шумов измеряют широкополосными ИУ с помощью измерительных фильтров с полосой пропускания 60 ... 108 кГц с относительным затуханием в полосе непропускания более 60 дБ. На основании результатов измерений определяют среднеарифметическое значение уровня шума за 1 ч. Норма Lш=-35 дБм0 в точке нулевого относительного уровня соответствует мощности шума Рш=330 000 пВт на эталонной цепи протяженностью 2500 км.

Средний уровень шумов (за 1 ч) во вторичном сетевом групповом тракте измеряют в ЧНН при полной загрузке системы передачи. Измерения выполняют в обоих направлениях передачи в точке номинального относительного уровня –23 дБм0 при нагрузке входа тракта на противоположном конце (в точке номинального относительного уровня –36 дБм0) на резисторе с сопротивлением 75 Ом. Перед измерением необходимо проверить номинальное значение остаточного усиления вторичного сетевого группового тракта.

Напряжение шумов измеряют широкополосным ИУ с помощью измерительных фильтров с полосой пропускания 312 ... 552 кГц с относительным затуханием в полосе непропускания более 60 дБ. Измерения выполняют в течение любого часа с интервалом между измерениями 1 мин (показания необходимо отсчитывать за период 5 с). При измерениях фиксируют средний уровень помехи. На основании полученных результатов измерений определяют среднеарифметическое значение уровня шума за 1ч.

Уровни селективных помех, вызываемых остатками токов групповых несущих, а также групповых и линейных контрольных частот внутри рабочего спектра тракта, измеряют избирательным ИУ.

Аналогичным образом измеряют средний уровень шумов в третичном сетевом тракте. Отличие заключается в применении измерительных фильтров с полосой пропускания 812 ... 2044 кГц с относительным затуханием в полосе непропускания 60 дБ.

При измерения уровня шума в сетевых трактах можно применять фильтры ФНЧ-25-1 и ФВЧ-25-1.

Фильтр нижних частот ФНЧ-25-1 имеет диапазон частот 0,05 ... 25 МГц. Рабочее затухание в полосе задерживания более 60 дБ; затухание несогласованности более 20 дБ; входное и выходное сопротивления 75 Ом. Прибор состоит из 14 фильтров нижних частот, выполненных по неуравновешенной схеме. Для обеспечения постоянного входного сопротивления в заданном диапазон частот каждой ступени фильтры нижних частот включены совместно с сопряженными фильтрами верхних частот.

Фильтр верхних частот ФВЧ-25-1 состоит из 14 фильтров, переключаемых с помощью клавиш. Фильтры выполнены по неуравновешенной схеме. Для обеспечения постоянства входного сопротивления в заданном диапазоне частот включены в каждой ступени сопряженные фильтры нижних частот.

Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.