Единицы измерения параметров сигналов электросвязи

УЛЬЯНОВ А.В.

Кафедра ССПД

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ

СЕТЕЙ И СИСТЕМ

Методические указания к контрольным работам

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2014

Рекомендации по оформлению работы и

выбору варианта задания.

Перед выполнением работы внимательно прочтите этот раздел.

Для того, чтобы получить множество различных вариантов задания, расчет исходных данных осуществляется на основе четырех последних цифр номера зачетной книжки и следующих математических операций.

Операция mod(x,y) – остаток от деления числа x на число y. Если y оказался равным 0, то принять mod(x,0)=0. Если одно из чисел отрицательное, а другое ­– положительное, то остаток от деления тоже является отрицательным.

Операция max/min(x,y) – максимальное/минимальное из x и y.

Где abcd – 4 последние цифры номера зачетной книжки.

Округление полученных результатов следует осуществлять до десятых долей.

Для расчета исходных данных удобно пользоваться системой компьютерной алгебры MathCad. Тем не менее, в работе должны быть приведены примеры подробных расчетов всех величин.

Контрольная работа должна быть выполнена либо на компьютере в редакторе MS Word, либо от руки в тетради в клетку объемом 12(18) листов. При выполнении работы на компьютере, рисунки можно выполнять в векторном редакторе MS Visio. На всех рисунках должны быть подписаны все необходимые параметры: граничные частоты, частоты несущих, временные интервалы и т.д. Допускается подписывать эти параметры от руки черной ручкой на распечатанном рисунке.

При выполнении работы от руки следует соблюдать аккуратность. Желательно пользоваться ручкой черного цвета. Не рекомендуется пользоваться корректором (замазкой), в случае необходимости исправлений, следует зачеркнуть одной линией ошибку и произвести корректировку в следующей строке. Рисунки должны быть выполнены ручкой с указанием всех основных параметров и соблюдением пропорций при изображении, например, спектров сигналов. Рисунки можно выполнять как в тетради по клеткам, так и на вклеенной миллиметровке. Все записи, подписи и пояснения должны быть разборчивыми и достаточно крупными.

В работе не следует переписывать текст из методички. Для всех вычислений и рисунков требуется привести краткие, но понятные пояснения.

Единицы измерения параметров сигналов электросвязи

В методических указаниях предложены краткие сведения о логарифмических параметрах сигналов электросвязи, необходимые для решения задачи 1. Для более глубокого освоения данной темы необходимо изучить соответствующие разделы в [1] и [3].

В технике электросвязи принято оценивать числовые характеристики (мощности, напряжения и тока) не абсолютными значениями в ваттах, вольтах и амперах, а в относительных логарифмических единицах (уровни мощности, напряжения и тока). Удобства такой оценки в следующем:

потери энергии в линии описываются экспоненциальными зависимостями;

чувствительность органов слуха к силе звукового давления подчиняется логарифмическому закону;

при использовании логарифмических единиц упрощаются арифметические расчеты: действия умножения и деления заменяются сложением и вычитанием и т. д.;

порядок логарифмических величин, с которыми приходится оперировать, оказывается более низким, чем при использовании абсолютных величин.

Абсолютным уровнем сигнала называется логарифмическая мера его реальной физической характеристики: мощности, тока или напряжения. Таким образом, для некоторой точки различают абсолютные уровни по мощности:

по напряжению

по току

где – абсолютные значения полной мощности, напряжения и тока сигнала в данной точке. На практике понятие абсолютного уровня по току используется редко.

Изменение мощности или напряжения сигнала в тракте передачи оценивается относительными уровнями мощности и напряжения:

где – абсолютные значения мощности и напряжения сигнала в данной точке, а – абсолютные значения мощности и напряжения сигнала в точке цепи, принятой за начало.

Относительный уровень мощности можно представить в следующем виде:

Следовательно, относительный уровень по мощности равен разности абсолютных уровней мощности в данной точке и в точке принятой за начало. Очевидно, что относительный уровень в точке, принятой за начало, равен нулю, а по этому данную точку называют точкой нулевого относительного уровня (ТНОУ), а абсолютный уровень сигнала в этой точке обозначают .

Потери энергии сигнала или ее увеличение оцениваются затуханием или усилением. Затуханием α (усилением S) сигнала на участке тракта передачи между двумя его точками называется разность между абсолютными уровнями мощности в конечной точке y и начальной точке x

Можно показать, что в случае, когда в качестве начальной точки x выбрана ТНОУ, то затухание (усиление) сигнала на этом участке тракта передачи будет численно равно модулю относительного уровня сигнала в конечной точке y

В качестве практического задания по теме "Единицы измерения параметров сигналов электросвязи" была взята упрощенная задача инженера по телекоммуникациям, связанная с расчетом оптического бюджета оптической сети широкополосного абонентского доступа.

Принцип построения пассивных оптических сетей (ПОС, PON) [4] заключается в том, что от линейного мультиплексора (OLT), установленного на АТС выходит оптическое волокно, по которому передается групповой сигнал для нескольких абонентов, подключенных к этому волокну с помощью оконечных терминалов ONU. Такие сети называются пассивными, поскольку между ONU и OLT нет активных элементов, а для подведения волокна к каждому абоненту используются оптические разветвители, которые делят приходящую на их вход мощность оптического излучения поровну между выходами. Например, если на вход идеального (без дополнительных потерь) оптического разветвителя 1х4 пришел 1мВт оптической мощности, то на каждом из четырех его выходов мощность излучения будет составлять 0.25мВт. Таким образом, пассивные оптические сети имеют древовидную структуру.

Рисунок 1. Упрощенная схема пассивной оптической сети.

Выбирая абонентские терминалы для конкретного OLT, инженер связи сталкивается с задачей предотвращения перегрузки приемников близко расположенных ONU, в то время как наиболее удаленные ONU должны детектировать принимаемый сигнал.

Таким образом, для расчета оптического бюджета спроектированной сети, необходимо определить направления наибольшего и наименьшего затухания, определяемые количеством установленных оптических разветвителей и километрическим затуханием оптического волокна. Для этого рекомендуется выбрать в качестве ТНОУ точку подключения OLT и рассчитать относительные уровни сигналов в точках, где установлены ONU.

При решении задачи удобно пользоваться следующими соотношениями. Предположим, что мощность сигнала, проходящего через некоторый элемент сети, уменьшилась в 2 раза (). Тогда

Таким образом, изменение мощности сигнала в 2 раза приводит к изменению его абсолютного уровня на 3 децибела.