Sisteme de transmisiune multiplex. Notiuni de baza

                                     Lecţia:1  

                         Noţiunile de bază, folosite în disciplina

                          „Sisteme de transmisiuni multiplex” 

1. Noţiuni şi definiţii
2. Clasificarea sistemelor de telecomunicaţii
3. Unităţile de măsură logaritmice
4. Diagrama nivelelor  în tractul de transmisiuni

 

        Disciplina „Sisteme de transmisiuni multiplex” cuprinde bazele teoretice de creare a sistemelor de transmisiune a informaţiei (mesagelor) la distanţă. În comun cu disciplina „Sisteme şi tehnici de comutaţie” discipina „Sisteme de transmisiuni multiplex” serveşte ca bază pentru crearea reţelelor fixe şi mobile de telecomunicaţii. Pentru a uşura insuşirea materialullui acestei discipline vom indica noţiunile de bază, vom arăta clasificarea sistemelor de telecomunicaţii şi vom indica câteva modalităţi de exprimare a parametrelor semnalului electric în unităţi logaritmice.

      I. Noţiuni şi definiţii.

     1.Noţiunea de informaţie poate fi înţeleasă ca un  ansamblu de date despre evenimente, fenomene, procese, noţiuni, fapte, obiecte şi persoane indiferent în ce formă ele sunt prezentate

2. Mesaj – forma de reprezentare a informaţiei pentru a o transmite de la sursa de informaţie la destinatar. De exemplu: textul telegramei, vocea, muzica, fax, imaginea staţionară şi imagine în mişcare, datele din maşinele de calcul, comenzile de dirijare la distanţă şi a.

   3. Semnal – purtătorul material sau procesul fizic, care reflectă realitatea mesajului.

       Deoarece cel mai des se folosesc în calitate de purtător a mesagelor semnalele electice noi în continuare ne vom referi anume la aceste semnale, care au denumirea de semnale de telecomunicaţii. Schimbarea în timp a unuia sau a mai multor parametri a semnalelor de telecomunicaţii (tensiunea, curentul, frecvenţa, faza) reflectă mesagul care se transmite. Semnalele de telecomunicaţii au aceleaşi denumiri ca şi mesagele pe care aceste mesage le reflectă: semnal vocal (sau telefonic) semnal telegrafic, semnal de radiodifuziune, semnal faximil, semnal de televiziune, semnal de date şi a.

    4.Telecomunicaţie – transmisiunea, recepţia şi prelucrarea semnalelor, textului scris, imaginei şi altor mesage prin fire, radio, sisteme optice sau altor sisteme electromagnetice.

5. Reţele de telecomunicaţii – ansamblu de posturi, centre de comutare şi linii (canale, tracte)  care unesc aceste posturi, centre ş.a.
6. Sisteme de telecomunicaţii – ansamblu de mijloace tehnice care asigură transmisiunea unui anumit gen de mesage.

     II. Clasificarea sistemelor de telecomunicaţii

Clasificarea sistemelor de telecomunicaţii este determinată de câteva criterii: a) de genurile de mesage, b) de mediul de propagare (răspândire) a semnalelor de telecomunicaţii c) de metodele de distribuire a mesagelor ş.a. Clasificarea sistemelor de telecomunicaţii pe criteriile-genul de masage şi mediul de răspândire a semnalelor este arătată în fig.1.

Reţelele de telecomunicaţii reprezintă ansamblu de mijloace tehnice, care în procesul de transmisiune a informaţiei efectuiază următoarele operaţii: 
 
 

DESEN Fig.1 

1. Transformarea mesagului de la sursa de informaţie în semnal de telecomunicaţii
2. Transformarea semnalelor de telecomunicaţii în forma comodă de transmisiune.
3. Transformarea semnalelor de telecomunicaţii în forma comodă destinatarului mesagului
4. Acordarea semnalelor de telecomunicaţii cu canalele de transmisiuni şi centralele de telecomunicaţii

 

  Schema structurală a interacţiunei componentelor în sistemele şi reţelele de transmisiuni este arătată în fig.2. 

  SM – sursa mesagului

  DM – destinatarul mesagului

  TS – transformatorul mesagului în semnal iniţial de telecomunicaţii

  TM – transformatorul semnalului iniţial de telecomunicaţii în mesag

  SC ¹ , SC ² – sistemele de comutare respectiv prima şi a doua

  ER¹ – echipament de racordare pentru transformarea semnalelor iniţiale în semnale lineice, caracteristicile căruia se racordează cu parametrii mediului de răspândire

  ER² - echipament de racordare pentru transformarea semnalelor lineice în semnale iniţiale primare 

Complexul de mijloace tehnice şi a mediului de răspândire, care asigură transmisiunea semnalului iniţial primar între transformatoarele semnal – mesaj, mesaj – semnal se numeşte canal de transmisiune. În mediul de răspândire se întroduc semnale lineice de la un grup de canale de transmisiune. Grupa de semnale formează un semnal de grup. Semnalele lineice parcurgând mediul de răspândire se atenuiază, şi se supun diferitor distorsiuni şi zgomoturi. Pentru deminuareaacţiunilor acestor factori la calitatea de transmisiune a semnalelor în mediul de răspândire la anumită distanţă se instalează amplificatoare, regeneratoare şi retranslatoare. Acestea împreună cu mediul de răspândire formează tractul lineic a sistemei de transmisiuni.

    III. Unităţile logaritmice de măsură

Unităţile de măsură a semnalelor elecrice, folosite pentru transmisiunea informaţiei sunt bine cunoscute: wat pentru parapetrul putere, volt pentru parametru tensiune şi amper pentru parametru curent.

Valorile tensiunilor (curenţilor) semnalelor şi al zgomotului în diferite puncte ale canalului şi tractului de transmisiuni sunt de la cîţiva picovolţi (picoamperi) până la sute de volţi (amperi). Deasemenea şi puterea semnalelor este  de la cîţiva picowaţi până la zeci de waţi.

Pentru simplificarea şi unificarea procesului de măsurare a parametrelor şi procesului de calcul (a micşora diapazonul valorilor tensiunii, puterii şi curentului) şi pentru ca operaţiunele de înmulţire şi împărţire în calcule de schimbat cu operaţiunele de adunare şi scădere în locul parametrelor de putere, tensiune şi curent, exprimaţi respectiv în waţi, volţi şi amperi, se folosesc logaritmii raportului acestor valori către nişte valori convenţionale. Unităţile relative exprimate în logaritmi se numesc nivele de transmisiuni. Nivelele de transmisiuni, care exprimă logaritmii decimaliale valorilor aceluia şi parametru se numesc decibeli (dB), iar cele care exprimă logaritmii naturali a valorilor aceluiaşi parametru neperi (Np). O răspândire mai largă are exprimarea parametrelor semnalelor de telecomunicaţii în dB.

Nivelele de transmisiuni se determină după mai mulţi factori, condiţii, parametri şi a.

Noi ne vom referi la câţiva parametri şi condiţii. Presupunem că parametrii semnalului la ieşirea din TS (fig.2) are puterea, tensiunea şi curentul respectiv P_o, U_o şi I_o, iar la ieşirea din ER¹ (întrarea în mediul de răspândire) sunt P_x, U_x şi I_x.

Atunci nivelele de transmisiuni a parametrelor semnalului în punctul X în relaţie valorile din punctul O

• de putere p_op = 10 lg     sau  p_op =        (1)
• de tensiune p_ot = 20 lg sau p_ot =                    (2)
• de curent p_oc = 20 lg      sau  p_oc =                   (3)

1 Np 8,7 dB,  1dB 0,115 Np 

      Nivelele de transmisiuni calculate conform formulelor (1), (2) şi (3) unde Po,U_o şi I_o sunt valori, acceptateca valori iniţiale de calcul, se numesc nivele relative pe putere (P_op), pe tensiune (P_ot) şi pe curent (P_oc). Valorile P_x, U_x şi I_x exprimă valorile puterii, tensiunii şi curentului în punctul X, care poate fi în orice loc al echipamentului, canalului sau tractului, loc în care dorim să efectuăm măsurările sau calculul.

      Deasemenea   P_o, U_o , I_o exprimă parametrii semnalului în punctul O, care poate fi deasemenea situat în orice loc al echipamentului canalului sau tractului. Valorile P_o, U_o , I_o pot fi valori ai parametrelor respectivi care sunt stabiliţi convenţional pentru calcularea nivelelor în punctul X.

Atenţionăm că nivelele pot fi pozitive dacă P_x P_o (U_x   U_o, I_x  I_o), egale cu zero dacă

P_x = P_o (U_x =U_o, I_x = I_o) şi negative dacă P_x P_o (U_x   U_o, I_x  I_o).

Valorile nivelelor P_op , P_ot, P_oc măsurate în punctul X la general nu coincid. Dacă cunoaştem impendantele Z_x şi Z_o la care se depun respectiv puterile P_x şi P_o, putem determina relaţiile între nivelele pe putere, pe tensiune şi pe curent. 

  P_op = 10 lg = 10 lg     (5)

     sau P_op = P_oc + 10 lg  

Dacă  cunoaştem nivelele uşor putem detremina P_x, U_x şi I_x ,  

  P_x = P_o 10 ^0,1Pop;  U_x = U_o 10^0,05Pot; I_x = I_o 10^0,05Poc (6) 

Nivelele de transmisiuni se numesc absolute dacă P_o = 1mW, 

  U_o = 0,775 V şi I_o = 1,29 mA 

Nivelele absolute de putere, de tensiune şi de curent se măsoară respectiv în dBp, dBt şi dBc.

Să  determinăm relaţiile între nivelele absolute. Pentru aceasta în (1) împărţim şi numărătorul şi numitorul la 1mW

  P_op = 10 lg = 10 = P_px -P_po    (7) 

unde P_px - nivelulpe putere absolut în punctul X

         P_po - nivelul pe putere absolut în punctul O

Din (7) reesă că nivelul relativ este egal cu diferenţa nivelelor absolute între punctele X şi O.

Deasemenea P_ot = P_tx – P_to                                                           (8) 

Nivel de măsură se numeşte nivelul absolut în punctul X cu condiţia că în punctul O (la capătul iniţial al circuitului) se conectează un generator de semnale sinusoidale cu oarecare frecvenţă cu rezistenţa internă activă de R_int = 600Om şi forţa electromagnetică E = 2 0,775 = 1,55 V (acest generator se numeşte generator normal). Observăm că dacă circuitul la capătul iniţial are deasemenea rezistneţa activă egală cu 600 Om la conectarea generatorului va fi nivelul absolut O.

Circuitele radioelectronice reprezintă ca deobicei conectarea în trepte a quatripolilor activi şi pasivi. Când semnalul parcurge aceste trepte, el pierde energia în quatripolii pasivi şi măreşte energia în quatripolii activi.

Pentru aprecierea schimbării energiei semnalului în diferite puncte ale circuitului (canalului) se întroduce noţiunea de atenuare operativă şi amplificare operativă. 
 
 

Atenuarea operativă 

            A_oper = 10 lg = P_g – P_s , dB    (9)

unde P_g – puterea aparentă care ar fi dat generatorul la sarcina adaptată,

     P_s – puterea aparentă, care o exercită semnalul la sarcina quatripolului în condiţiile de conectare reală. În această definiţie se includ şi situaţiile când generatorul şi  quatripolul se conectează la sarcini neadaptate. Deasemenea amplificarea operativă a quadripolului  

        S_oper = 10 lg , dB

2. În procesul proiectării şi în procesul operării reţelelor de telecomunicaţii este necesar să cunoaştem nivelele semnalelor canalelor şi grupelor de canale în orice punct al tractului. Pentru a caracteriza schimbarea energiei semnalului se foloseşte diagrama nivelelor. Aceasta este un grafic care indică repartizarea dealungul tractului de transmisiuni.

În calitate de exemplu să arătăm o diagramă a nivelelor a unui canal de transmisiuni care constă din amplificatoarele Amp transmisiuni cu amplificarea  Str., trei sectoare de linie (mediu de răspândire) cu atenuările respective a₁, a₂, a₃, 2 amplificatoarele S₁ şi S₂ şi un amplificator de recepţie cu coeficientul de amplificare Amp recep. 

DESEN 

Nivelul la ieşirea din amplificator  

            P_tri = P_reci + S_i 

Nivelul de recepţie la intrarea în amplificator  

            P_reci = P_tri-1 - a_i 

Protecţia la zgomot la ieşirea din amplificatorul j este  

            A_prj = 10 lg (P_rec/ P_zg) = P_{rec j} - P_{zg i} 

         

unde P_rec şi  P_zg respectiv puterea semnalului canalului la recepţia amplificatorului j şi puterea zgomotului .

Diferenţă  între nivelul semnalului la intrarea în canal şi nivelul semnalului la ieşirea din canal reprezintă atenuarea reziduală

            A_r = P_intr – P_ies 

La general atenuarea reziduală reprezintă diferenţa între suma tuturor atenuărilor din canal şi suma tuturor amplificărilor din canal

            A_r = a_{o peri} - S_op K

Pentru funcţionarea normală a sistemelor şi canalelor valorilor puterilor şi tensiunilor în fiecare punct a acestor sisteme de canale sunt normate. Respectiv sunt normate şi nivelele acestor puteri şi tensiuni reprezentate în punctul cu nivelul zero. Acestea se înseamnă respectv dBpo, dBto. Nivelele se măsoară cu indicatoare de nivele – voltmetre cu indicatoarele în dB.