„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Stanisław Sitek
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej
311[37].Z2.01
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
dr Jacek Buko
mgr inż. Adam Majtyka
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Stanisław Sitek
Konsultacja:
mgr inż. Andrzej Zych
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[37].Z2.01
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu technik telekomunikacji 311[37]
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
4
2. Wymagania wstępne
6
3. Cele kształcenia
8
4. Materiał nauczania
9
4.1. Sygnały analogowe i ich parametry - odwzorowanie informacji przez
sygnały elektryczne
9
4.1.1. Materiał nauczania
9
4.1.2. Pytania sprawdzające
13
4.1.3. Ćwiczenia
13
4.1.4. Sprawdzian postępów
15
4.2. Tory i linie kablowe -wykonanie
16
4.2.1. Materiał nauczania
16
4.2.2. Pytania sprawdzające
18
4.2.3. Ćwiczenia
18
4.2.4. Sprawdzian postępów
19
4.3. Tory i linie kablowe - analiza parametrów
20
4.3.1. Materiał nauczania
20
4.3.2. Pytania sprawdzające
25
4.3.3. Ćwiczenia
25
4.3.4. Sprawdzian postępów
27
4.4. Modulacja impulsowo kodowa i systemy PCM
28
4.4.1. Materiał nauczania
28
4.4.2. Pytania sprawdzające
32
4.4.3. Ćwiczenia
33
4.4.4. Sprawdzian postępów
35
4.5. Kody transmisyjne
36
4.5.1. Materiał nauczania
36
4.5.2. Pytania sprawdzające
41
4.5.3. Ćwiczenia
42
4.5.4. Sprawdzian postępów
44
4.6. Transmisja cyfrowa i analogowa
45
4.6.1. Materiał nauczania
45
4.6.2. Pytania sprawdzające
48
4.6.3. Ćwiczenia
48
4.6.4. Sprawdzian postępów
50
4.7. Zabezpieczenie przed błędami transmisji
51
4.7.1. Materiał nauczania
51
4.7.2. Pytania sprawdzające
53
4.7.3. Ćwiczenia
53
4.7.4. Sprawdzian postępów
55
4.8. Łącza stosowane w transmisji kablowej
56
4.8.1. Materiał nauczania
56
4.8.2. Pytania sprawdzające
57
4.8.3. Ćwiczenia
57
4.8.4. Sprawdzian postępów
59
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
4.9. Konserwacja i lokalizacja uszkodzeń w torach kablowych
60
4.9.1. Materiał nauczania
60
4.9.2. Pytania sprawdzające
63
4.9.3. Ćwiczenia
63
4.9.4. Sprawdzian postępów
64
5. Sprawdzian osiągnięć
65
6. Literatura
71
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
1. WPROWADZENIE
Kontynuujesz naukę zawodu technik telekomunikacji (kod zawodu 311[37]) w systemie
modułowym, w którym materiał nauczania zarówno teoretyczny jak i praktyczny jest
podzielony na moduły, te zaś są podzielone na jednostki modułowe. Moduł 311[37].Z2
“Montaż i eksploatacja sieci oraz urządzeń transmisji kablowej, światłowodowej
i bezprzewodowej” jest jednym z podstawowych modułów zawodowych w zawodzie technik
telekomunikacji. W chwili obecnej istnieje wiele publikacji na temat przewodowych mediów
transmisyjnych dostępnych w formie drukowanej, w internecie i w czasopismach. Materiał
zawarty w niniejszym poradniku powinien zachęcić Cię do dokładniejszego poznawania
zagadnień dotyczących odwzorowania informacji przez sygnały elektryczne, transmisji
sygnałów analogowych i cyfrowych w przewodowych mediach transmisyjnych oraz budowy
i kontroli parametrów linii przewodowych. Dobór i układ materiału został dokonany w taki
sposób, abyś stopniowo mógł przypomnieć sobie parametry sygnałów elektrycznych wraz z
metodami ich kontroli, poznawać parametry kanałów telekomunikacyjnych, zasady
odwzorowania informacji przez sygnały elektryczne analogowe i cyfrowe, zasady
zwielokrotnienia sygnałów stosowane w technice analogowej i cyfrowej pozwalające na
wykorzystywanie jednego toru transmisyjnego jednocześnie przez wielu użytkowników,
zasady transmisji sygnałów analogowych i cyfrowych oraz urządzenia i zespoły tworzące
kanały telekomunikacyjne przeznaczone do transmisji sygnałów analogowych i cyfrowych.
W poradniku zamieszczono podstawowe wiadomości teoretyczne i umiejętności
praktyczne, które kształtowane są przede wszystkim podczas wykonywania ćwiczeń
rachunkowych i praktycznych w laboratoriach specjalistycznych wyposażonych w odpowiednie
urządzenia. Modułowa forma kształcenia zakłada twórcze i samodzielne wykonywanie przez
Ciebie zadań przewidzianych do realizacji w jednostce modułowej. Wymieniony moduł składa
się z 3 jednostek modułowych. Pierwszą z nich jest jednostka pt. Z2.01 „Montaż i eksploatacja
sieci i urządzeń transmisji kablowej”.
Poradnik dla ucznia dla jednostki modułowej Z2.01 „Montaż i eksploatacja sieci
i urządzeń transmisji kablowej” zawiera niezbędne materiały wraz ze wskazówkami
potrzebnymi do zaliczenia tej jednostki. Każda jednostka modułowa ma określone cele
nauczania. Do prawidłowego zrozumienia treści zawartych w tej jednostce modułowej
niezbędne jest wcześniejsze opanowanie modułów ogólnozawodowych pt. 311[37].O1
Badanie obwodów elektrycznych i 311[37].O2 Pomiary parametrów, elementów i układów
elektronicznych, które obejmują wiedzę i umiejętności wspólne dla zawodów branży
elektronicznej.
Jednostka modułowa Z2.01 „Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej”
jest podzielona na 8 tematów:
−
tory napowietrzne,
−
tory i linie kablowe,
−
transmisja cyfrowa i analogowa,
−
kody transmisyjne,
−
zabezpieczenia przed błędami transmisji,
−
systemy PCM,
−
łącza stosowane w transmisji kablowej,
−
konserwacja i lokalizacja uszkodzeń w torach kablowych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
Modu
ł 311[37].Z2
Montaż i eksploatacja sieci oraz urządzeń transmisji
kablowej, światłowodowej i bezprzewodowej
Jednostka modułowa 311[37].Z2.01
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej
Jednostka modułowa 311[37].Z2.02
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej
Jednostka modułowa 311[37].Z2.03
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji bezprzewodowej
Schemat układu jednostek modułowych
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej Z2.01 „Montaż i eksploatacja
sieci i urządzeń transmisji kablowej” powinieneś umieć:
−
korzystać z różnych źródeł informacji,
−
posługiwać się podstawowymi przyrządami pomiarowymi (multimetr, oscyloskop,
zasilacz, generator sygnałów sinusoidalnych, woltomierz, licznik częstotliwości itp.),
−
charakteryzować podstawowe zjawiska zachodzące w polu elektrycznym, magnetycznym
i elektromagnetycznym,
−
rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne,
−
stosować podstawowe prawa elektrotechniki pozwalające na analizę obwodów
elektrycznych prądu stałego i zmiennego,
−
szacować oraz obliczać wartości wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego
i przemiennego,
−
rysować wykresy wektorowe napięć i prądów w obwodach RLC,
−
rozpoznawać elementy rezystancyjne i bierne oraz źródła napięcia i prądu stałego
i zmiennego na podstawie: wyglądu, oznaczeń i symboli graficznych,
−
łączyć układy prądu stałego i zmiennego zgodnie ze schematem,
−
stosować i przeliczać podstawowe jednostki wielkości elektrycznych w układzie SI,
−
przedstawiać wyniki pomiarów w formie tabeli i wykresu,
−
odczytywać informację z tabeli lub wykresu,
−
oceniać dokładność pomiarów wykonywanych przy pomocy multimetru analogowego
i cyfrowego,
−
prezentować efekty wykonywanych pomiarów,
−
określać warunki rezonansu napięć i prądów,
−
klasyfikować i charakteryzować filtry,
−
klasyfikować i charakteryzować transformatory,
−
rozróżniać stany pracy transformatora,
−
wyjaśniać ogólne zasady działania i bezpiecznego użytkowania prostych układów
elektronicznych analogowych i cyfrowych,
−
korzystać z książek, katalogów, czasopism w celu odnalezienia potrzebnej informacji
o elementach i układach elektronicznych analogowych i cyfrowych,
−
stosować przepisy Bezpieczeństwa i higieny pracy, przeciwpożarowe i przepisy
o ochronie środowiska,
−
oceniać ryzyko zagrożenia życia i zdrowia w trakcie badań obwodów i układów
elektronicznych analogowych i cyfrowych,
−
interpretować parametry elementów i układów elektronicznych,
−
analizować działanie podstawowych elementów i układów elektronicznych takich jak;
diody półprzewodnikowe, tranzystory, półprzewodnikowe elementy sterowane, elementy
optoelektroniczne, wzmacniacze tranzystorowe, scalone układy analogowe, wzmacniacze
operacyjne, przetworniki A/C, C/A., układy zasilające, generatory, układy cyfrowe,
−
rysować schematy ideowe podstawowych układów elektronicznych,
−
określać rolę poszczególnych elementów w układach elektronicznych,
−
zapisywać liczby w naturalnym kodzie binarnym, w kodzie BCD, Graya, w binarnym
kodzie uzupełnieniowym,
−
rozróżniać i stosować kody liczbowe,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
−
wykonywać działania na liczbach binarnych,
−
stosować algebrę Boole’a,
−
definiować podstawowe parametry analogowych elementów i układów elektronicznych,
−
dobierać metody oraz przyrządy pomiarowe i mierzyć podstawowe parametry
analogowych elementów i układów elektronicznych,
−
obserwować i interpretować przebiegi sygnałów wejściowych i wyjściowych analogowych
elementów i układów elektronicznych na oscyloskopie,
−
rysować i interpretować podstawowe charakterystyki analogowych elementów i układów
elektronicznych,
−
odczytywać parametry elementów z charakterystyk,
−
określać wpływ istotnych czynników zewnętrznych na pracę analogowych elementów
i układów elektronicznych,
−
wyjaśniać zasady modulacji i demodulacji,
−
wyjaśniać zasady przetwarzania analogowo-cyfrowego i cyfrowo-analogowego,
−
sprawdzać poprawność działania analogowych elementów i układów elektronicznych,
−
lokalizować uszkodzenia elementów i podzespołów w układach elektronicznych na
podstawie pomiarów dokonanych w wybranych punktach,
−
dobierać analogowe elementy i układy elektroniczne do zadanych warunków.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej Z2.01 „Montaż i eksploatacja sieci
i urządzeń transmisji kablowej” powinieneś umieć:
−
zdefiniować podstawowe parametry torów przewodowych,
−
przeliczyć parametry elektryczne torów przewodowych na parametry falowe,
−
zmierzyć parametry linii długich,
−
scharakteryzować właściwości kabli symetrycznych i koncentrycznych,
−
wyjaśnić metodę częstotliwościową i czasową wielokrotnego wykorzystania torów
transmisyjnych,
−
wyjaśnić zasadę pracy systemów PCM,
−
scharakteryzować kody transmisyjne dwu- i trójwartościowe,
−
wyjaśnić zasady zabezpieczania sygnałów cyfrowych przed błędami,
−
wyjaśnić zasady przeprowadzania kontroli szczelności kabli telekomunikacyjnych oraz ich
konserwacji,
−
dobrać przyrządy i zmierzyć parametry modulatorów i demodulatorów,
−
dobrać przyrządy i zmierzyć parametry elektryczne sygnałów zmodulowanych,
−
wykorzystać oprogramowanie narzędziowe w technice pomiarowej,
−
zmierzyć parametry łącz transmisji danych,
−
zbadać krotnice PCM 30/32,
−
zbadać kody transmisyjne dwuwartościowe i trójwartościowe,
−
zanalizować dokumentację techniczną sieci i urządzeń transmisji kablowej,
−
rozróżnić i scharakteryzować złącza stosowane w transmisji kablowej,
−
rozszyć i połączyć kable,
−
odczytać proste rysunki mechaniczne,
−
dobrać elementy mechaniczne stosowane przy montażu urządzeń transmisji kablowej,
−
dobrać połączenia mechaniczne elementów konstrukcyjnych,
−
zastosować wymagania określone przez producenta dotyczace warunków zasilania
i zabezpieczenia urządzeń teletransmisyjnych,
−
posłużyć się normami, dokumentacją techniczną, instrukcjami i schematami montażowymi
urządzeń,
−
zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy przy montażu i obsłudze urządzeń.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Sygnały analogowe i ich parametry - odwzorowanie
informacji przez sygnały elektryczne
4.1.1. Materiał nauczania
Zakłada się, że przystępując do pracy nad modułem „.Montaż i eksploatacja sieci
i urządzeń transmisji kablowej” masz dobrze opanowane następujące zagadnienia:
1. Parametry sygnałów sinusoidalnych: wartość chwilowa, wartość maksymalna, wartość
średnia i wartość skuteczna oraz zasady ich pomiarów.
2. Wpływ częstotliwości mierzonych napięć na poprawność wskazań mierników prądu
zmiennego.
3. Wyznaczenie błędu pomiaru napięcia, mocy i częstotliwości zarówno podczas pomiaru
miernikami analogowymi jak i cyfrowymi.
W tabeli 1 podano podstawowe parametry sygnałów okresowych:
Tabela 1 Podstawowe parametry sygnałów okresowych
Podstawowe parametry najczęściej spotykanych w telekomunikacji sygnałów okresowych
Wartość skuteczną prądu I lub napięcia U
zmiennego określa się jako taką wartość prądu
lub napięcia stałego, która w całkowitej ilości
okresów i w ustalonym czasie powoduje
wydzielenie w dowolnym rezystorze takiej samej
mocy, co równoważny prąd lub napięcie zmienne.
X
0
= 0 - wartość średnia
A
X
ow
π
2
=
- wartość średnia wyprostowana
A
X
2
1
=
- wartość skuteczna
-2
-1,8
-1,6
-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
11
,
1
=
=
Aow
A
k
- współczynnik kształtu
X
0
= 0 - wartość średnia
+A
A
X
ow
=
- wartość średnia wyprostowana
A
X
=
- wartość skuteczna
-A
00
,
1
=
=
Aow
A
k
- współczynnik kształtu
T
T - okres powtarzania impulsów, t
w
- czas trwania impulsów
+A
T
tw
A
X
o
=
- wartość średnia
t
w
T
tw
A
X
o
=
- wartość średnia wyprostowana
T
T
tw
A
X
=
- wartość skuteczna
T
tw
A
X
=
- współczynnik kształtu
A
T
t[ms]
t[ms]
t[ms]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
Ważnym parametrem sygnału odwzorowującego informacje jest jego „widmo
częstotliwościowe”. Wynika to z faktu, że funkcję okresową można przedstawić albo
w postaci pojedynczego przebiegu sinusoidalnego, jeżeli jest to sygnał np. z generatora napięć
sinusoidalnych albo w postaci nieskończonego szeregu trygonometrycznego F(t) zwanego też
szeregiem Fouriera:
F(t) = a
0
+ a
1
cos ωt + b
1
sin ωt+ a
2
cos 2ωt + b
2
sin 2ωt+ …+ a
n
cos nωt + b
n
sin nωt
Oznacza to, że przebieg okresowy można przedstawić jako szereg sinusoid, które dodane
do siebie dadzą sygnał wejściowy. Poszczególne składowe sinusoidalne tworzą widmo sygnału
analogowego lub cyfrowego i nazywają się składowymi harmonicznymi. Należy pamiętać o
tym że napięcia i prądy są wielkościami wektorowymi, a więc proces dodawania
harmonicznych składowych odbywa się z uwzględnieniem ich kierunku i zwrotu. Na przykład,
dla sygnału elektrycznego o kształcie prostokątnym, dwukierunkowym można obliczyć
współczynniki rozwinięcia w szereg Fouriera w następujący sposób:
( )
+
+
+
=
t
n
n
t
t
t
A
t
F
ω
ω
ω
ω
π
sin
1
.....
5
sin
5
1
3
sin
3
1
sin
4
gdzie A jest amplitudą sygnału a n = 1, 1, 5 ......jest liczbą nieparzystą
0,8
0,6
0,4
0,2
A
m
p
lit
ud
a
sygna
łu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Częstotliwość ·
ω
Rys.1 Widmo amplitudowe sygnału prostokątnego - harmoniczne nieparzyste
Jeżeli
funkcja
okresowa
składa
się
z
szeregu
składowych
sinusoidalnych
i kosinusoidalnych, należy mieć na myśli to, że wyrazy z cosinusami można zawsze
przekształcić - korzystając ze wzorów na sinus dwóch kątów - do szeregu sinusoid o tych
samych częstotliwościach z dokładnością do czynnika stałego. Proces odwzorowania sygnału
okresowego przez składowe harmoniczne nazywa się analizą widmową. Zatem widmo
sygnału prostokątnego składa się z składowych harmonicznych o częstotliwościach będących
całkowitą nieparzystą wielokrotnością częstotliwości podstawowej i amplitudach malejących
ze wzrostem częstotliwości harmonicznych, co przedstawione zostało na rysunku 1. A więc
każdy przebieg okresowy można przedstawić nie tylko w formie matematycznej, w postaci
zbioru harmonicznych, lecz także wszystkie te harmoniczne można zmierzyć przy pomocy
selektywnego miernika poziomu. Oznacza to również, że sygnał analogowy okresowy
odwzorowujący informacje, można przedstawić na dwa równoważne sposoby: albo w postaci
czasowej albo w postaci widmowej. Pierwszy z nich jest ważny dla konstruktorów urządzeń
telekomunikacyjnych a drugi jest istotny podczas określania wymagań na kanały transmisyjne.
Im więcej harmonicznych jest sumowanych na końcu toru transmisyjnego tym lepsze jest
odwzorowanie sygnału wejściowego (np. przybliżenie przebiegu prostokątnego). Im krótszy
jest impuls tym szersze jest jego widmo.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
A zatem podstawowe parametry sygnału analogowego odwzorowującego napięcie,
prąd lub moc to:
−
wielkość sygnału (dla napięć stałych wartość średnia, dla napięć zmiennych wartość
skuteczna),
−
częstotliwość sygnału (najczęściej wartość średnia),
−
widmo sygnału (odwzorowujące stopień odkształcenia sygnału od kształtu
sinusoidalnego).
Wielkości logarytmiczne stosowane w telekomunikacji i ich jednostki.
Względy praktyczne zdecydowały o wprowadzeniu logarytmów do opisu takich wielkości
jak tłumienie, wzmocnienie, poziom sygnału itp. Dla czwórnika przedstawionego na rysunku 2
wielkość logarytmiczną można zapisać w postaci
2
1
2
1
log
log
U
U
K
A
A
K
A
b
b
=
=
. W tym wzorze
A jest liczbą niemianowaną, a A
1
i A
2
muszą być wielkościami tego samego rodzaju np.
jednostkami napięcia, prądu lub mocy. Zgodnie z ustaleniami zawartymi w normach
międzynarodowych maksymalna moc jaka może być nadawana w kanał telefoniczny wynosi 1
mW. Moc 1 mW na rezystancji 600
Ω
jest równoważna wartości skutecznej napięcia 774,6
mV i wartości skutecznej prądu 1,29 mA.
Z
a
L
1
L
2
TOR
TRANSMISYJNY
Z
wej
Z
wyj
Z
obc
E
P
wej
L
1
’’ CZWÓRNIK L
2
’ P
wyj
Rys. 2. Układ pomiarowy do sprawdzania tłumienności czwórnika
Na rysunku 2 przyjęto następujące oznaczenia:
L
1
i L
1
’
−
zaciski dla wejścia symetrycznego,
L
2
i L
2
’
−
zaciski dla wyjścia symetrycznego,
Z
a
−
impedancja wewnętrzna źródła sygnału,
Z
obc
−
impedancja odbiornika dołączonego do wyjścia czwórnika,
Z
wej
−
impedancja wejściowa czwórnika zamkniętego po stronie wtórnej impedancją
Z
obc,
E
−
siła elektromotoryczna źródła sygnału o wyjściu symetrycznym,
U
1
−
napięcie na wejściu czwórnika,
U
2
−
napięcie na wyjściu czwórnika,
P
wej
−
moc sygnałów na wejściu czwórnika,
P
wyj
−
moc sygnałów na wyjściu czwórnika.
Tłumienność czwórnika przedstawionego na rysunku 2, można przedstawić jako
wej
wyj
U
U
k
=
i wtedy mówimy że czwórnik tłumi k razy napięcie, albo, jak to się używa w
telekomunikacji,
tłumienie mocy lub napięcia sygnałów, można wyliczyć ze wzoru.
U
2
U
1
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
]
[
log
10
log
10
]
[
dB
Z
Z
P
P
dB
A
wyj
wej
wyj
wej
+
=
lub dla napięcia
]
[
log
10
log
20
]
[
dB
Z
Z
U
U
dB
A
wyj
wej
wyj
wej
+
=
I wtedy mówimy że tłumienie czwórnika dla napięcia wynosi A[dB]
Uwaga: Jeżeli w powyższym wyrażeniu wynik ma znak ujemny, to wyrażenie to określa
wzmocność układu. W przypadkach szczególnych, gdy impedancje generatora i odbiornika są
sobie równe to tłumienność skuteczną nazywa się tłumiennością wynikową.
Jeżeli w powyższych wzorach zamiast mocy występującej w mianowniku P
wej
wstawimy
moc 1 mW to otrzymamy definicję jednostki poziomu mocy decybel absolutny [dBm],
[ ]
[ ]
Ω
Ω
+
=
Z
mW
mW
P
dBm
p
600
log
10
1
]
[
log
10
natomiast jeżeli do wzoru następnego wstawimy do mianownika zamiast U
wyj
wartość
napięcia 774,6 mV to otrzymamy definicję powszechnie stosowanej w telekomunikacji
jednostki poziomu napięcia decybel absolutny [dBm
u
],
[ ]
[ ]
Ω
Ω
+
=
Z
mV
mV
U
dBm
p
u
600
log
10
]
[
6
,
774
]
[
log
20
np.: napięcie 1 mV
≅
−
57,78 dBm
u
moc 11,6
µ
W
≅
−
15 dBm
W ten sposób można mierzyć w decybelach zarówno moc jak i napięcie. Mierząc moc lub
napięcie odpowiednio na wejściu i wyjściu linii w decybelach absolutnych [dBm] tłumienie
toru (czwórnika) można wyznaczyć ze wzoru:
A
s
[dB] = P
wej
[dBm] - P
wyj
[dBm]
Poniżej podano kilka przykładów zależności pomiędzy wielkościami teletransmisyjnymi.
0 dBm (1 mW) na impedancji 150
Ω
= 187 mV,
0 dBm (1 mW) na impedancji 75
Ω
= 274 mV
Tabela 2
P
x
1 W 10 mW 5 mW 2 mW 1 mW 0,5mW 0,2mW 0,1mW 1
µ
W
1 pW
p.[dBm] +10
+10
+7
+1
0
-1
-7
-10
-10
-90
p. – poziom mocy, podwojenie mocy daje wzrost poziomu o +1,01 dB
Podwojenie napięcia daje wzrost poziomu wyrażony w decybelach o + 6,02 dB
Tabela 3
V
x
V
1
1,122
≈
1,1
1,259
≈
1,1
1,412
≈
1,4
1,995
≈
2
1,162
≈
1,2
10
P
x
P
1
1,259
≈
1,1
1,586
≈
1,6
1,995
≈
2
1,981
≈
4
10
100
dB
+ 1
+ 2
+ 1
+ 6
+ 10
+ 20
Tabela 4
Z[
Ω
]
60
75
124
115
150
600
10log
[ ]
600
Ω
Z
10,00
9,011
6,847
6,478
6,021
0
Tłumienność toru przewodowego zwiększa się wraz ze wzrostem częstotliwości. A więc im
wyższa częstotliwość tym większa strata mocy podczas transmisji sygnałów.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co rozumiemy pod pojęciem widmo sygnału o kształcie prostokątnym ?
2. Co rozumiemy pod pojęciem: wartość skuteczna napięcia, wartość skuteczna prądu,
wartość średnia napięcia, wartość chwilowa napięcia ?
3. Jakie są zależności pomiędzy mocą a napięciem i natężeniem prądu elektrycznego stałego
i zmiennego ?
4. Jakimi miernikami i w jakim układzie pomiarowym można zmierzyć moc i napięcie oraz
natężenie prądu elektrycznego zmiennego w przypadku, gdy te sygnały mają kształt inny
niż sinusoidalny ?
5. Jaka jest definicja decybela absolutnego ?
6. Jakie parametry sygnałów można mierzyć w decybelach ?
7. W jaki sposób można wyznaczyć tłumienie wnoszone przez czwórnik ?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wyznacz oraz naszkicuj widma amplitudowe (pierwsze 4 prążki) następujących sygnałów
okresowych:
a) przebiegu prostokątnego o polaryzacji dwukierunkowej i współczynniku wypełnienia d=1/2,
o częstotliwości f =1kHz, A=1 V,
b) przebiegu prostokątnego o polaryzacji jednokierunkowej i współczynniku wypełnienia
d=1/4, o częstotliwości f =1kHz, A=1 V
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
kalkulator,
−
poradnik dla ucznia,
−
literatura [8 s.24].
Ćwiczenie 2
Oblicz współczynniki zawartości harmonicznych oraz moc zawartą w pierwszych 3
prążkach widma dla sygnałów opisanych w ćwiczeniu 1. Wyznacz moc całkowitą sygnału
przyjmując impedancje linii równą 600
Ω
. Jaki procent całkowitej mocy sygnału stanowi moc
zawarta w 2 i w 3 harmonicznej sygnału.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
kalkulator,
−
poradnik dla ucznia,
−
literatura [8 s.24].
Ćwiczenie 3
Opisz czynności pozwalające zmierzyć metodą techniczną impedancje falową linii podczas
pomiaru impedancji wejściowej. W odpowiedzi narysuj schemat układu pomiarowego oraz
opisz czynności wykonywane podczas pomiarów.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) odszukać w literaturze [1] schemat odpowiedniego układu pomiarowego,
2) opisać czynności wykonywane podczas pomiarów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
kalkulator,
−
poradnik dla ucznia,
−
literatura [1].
Ćwiczenie 4
Wyznacz tłumienie linii przewodowej symetrycznej jeżeli poziom napięcia na wejściu linii
o impedancji falowej 600 Ω wynosi + 6 dBm i prąd w obciążeniu linii impedancją
znamionową 600 Ω wynosi 1,29 mA.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) odszukać w literaturze [1] schemat odpowiedniego układu pomiarowego,
2) opisać czynności wykonywane podczas pomiarów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
kalkulator,
−
poradnik dla ucznia,
−
literatura [1].
Ćwiczenie 5
Narysuj kształt sygnału prostokątnego o amplitudzie A= 2 V, polaryzacji dwukierunkowej,
współczynniku wypełnienia d=1/2 i częstotliwości f =2 kHz, oraz jego widmo amplitudowe
po przejściu tego sygnału przez filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości granicznej f
g
= 6,8
kHz.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) odszukać w poradniku wzór uwzględniając 1 i 3 harmoniczną,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
kalkulator, poradnik dla ucznia, literatura [8 s.24]
Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na;
–
poprawność analizy danych,
–
sprawność wyszukiwania przez ciebie informacji,
–
umiejętność korzystania ze wzorów i tablic,
–
poprawność wykonania obliczeń z zachowaniem odpowiednich jednostek,
–
umiejętność przeprowadzenia samooceny.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zdefiniować i zmierzyć parametry sygnałów sinusoidalnych oraz
prostokątnych o polaryzacji jednokierunkowej i dwukierunkowej ?
2) wyrysować widmo sygnału okresowego o kształcie prostokątnym ?
3) podać przykład widma dla sygnału odwzorowującego mowę lub muzykę ?
4) opisać sposób pomiaru składowych widma sygnału?
5) zdefiniować jednostki decybel absolutny mocy, decybel absolutny
napięcia?
6) przeliczać wielkości napięć zmierzonych w miliwoltach na decybele ?
7) przeliczać wielkości napięć zmierzonych w decybelach na miliwolty?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
4.2. Tory i linie kablowe - wykonanie
4.2.1. Materiał nauczania
W roli kanałów telekomunikacyjnych najczęściej występują kable miedziane, kable
światłowodowe oraz łącza bezprzewodowe (wolna przestrzeń). Chociaż media te analizujemy
jako oddzielne trzy przypadki, to jednak zachodzi pomiędzy nimi podobieństwo - we
wszystkich trzech przypadkach sygnały są przekazywane w postaci fal elektromagnetycznych.
Prędkość światła w próżni i w atmosferze wynosi w przybliżeniu 3 x 10
8
m/s. Prędkość
rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w kablach miedzianych oraz kablach
światłowodowych jest w przybliżeniu taka sama i wynosi 2 x 10
8
m/s. We wszystkich trzech
przypadkach najbardziej podstawową zależnością matematyczną jest równanie wiążące
długość fali rozchodzącego się sygnału λ, jej częstotliwość f oraz prędkość propagacji fali
V
p
:
p
=
λ
•
f
Rozróżniamy dwa rodzaje przewodowych torów transmisji sygnałów: tory symetryczne
i tory współosiowe. Tor telekomunikacyjny symetryczny, przedstawiony jest na rysunku 3.
Tor symetryczny charakteryzuje wzajemnie symetryczny układ (odbicie zwierciadlane)
dwóch lub czterech jednakowych przewodów elektrycznie odizolowanych od siebie i od
otoczenia oraz znajdujących się w tym samym położeniu w stosunku do ziemi, przy czym
odległość między nimi jest niezmienna. Tory symetryczne budowane są jako tory napowietrzne
lub tory kablowe.
Nadajnik przewód a
I
a
para skręcona
nieekranowana
≈
G
przewód b I
b
Rys.3 Tor telekomunikacyjny w układzie symetrycznym [10]
Symetryczne linie napowietrzne były pierwszymi torami przewodowymi, które znalazły
praktyczne zastosowanie. Linie napowietrzne składały się z przewodów gołych, najczęściej
wykonane były z brązu lub miedzi twardej, czasami zaś ze stali. W niektórych przypadkach
stosowane były przewody bimetalowe: rdzeń przewodu stalowy a warstwa zewnętrzna
miedziana. Takie przewody zawieszane były na słupach początkowo drewnianych a później
struno-betonowych zaopatrzonych w poprzeczki z trzonami, na których osadzone są izolatory
porcelanowe lub szklane. Do izolatorów przymocowane są przewody za pomocą giętkiego
drutu wiązałkowego. W wykorzystywanych torach napowietrznych nie przesyła się sygnałów o
częstotliwościach większych od 150 kHz ze względu na przeniki między torami oraz
oddziaływanie zakłócające zewnętrznych pól magnetycznych. Obecnie przy planowaniu
rozbudowy sieci telekomunikacyjnych unika się budowy nowych linii napowietrznych
drutowych ze względu na dużą zależność parametrów linii od warunków atmosferycznych
oraz stosunkowo mała liczbę torów linii.
ODBIORNIK
Z WEJŚCIEM
SYMETRYCZNYM
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
Symetryczne linie kablowe są parą izolowanych żył miedzianych, skręconych ze sobą.
Wzajemne skręcenie obydwóch żył powoduje, że sygnał zakłócający indukujący się w każdym
z 2 przewodów, w tych samych warunkach, można w pełni wyeliminować w odbiorniku
różnicowym. Pojedyncze pary skręcane wykorzystywane są do przyłączania abonentów do
lokalnej centrali telefonicznej. Podwójne pary skręcane są stosowane są do zestawiania 10
cyfrowych kanałów telefonicznych (10-krotny system PCM o łącznej przepustowości 2 Mbit/s)
oraz do budowy teleinformatycznych sieci lokalnych (Token Ring 16 Mbit/s oraz 10BaseT
Ethernet 10 Mbit/s).
Pojedyncze lub wielokrotne pary skręcane mogą być pokrywane cienkim, metalowym,
ekranującym oplotem lub folią oraz zewnętrznym płaszczem izolacyjnym. Ekranowana para
skręcana jest bardziej odporna na szumy (impulsowe oraz przeniki), ale kosztuje też
odpowiednio więcej. Pary skręcane są klasyfikowane również według stopnia ich przydatności
do transmisji głosu lub transmisji danych. Wykonanie poprawnej instalacji okablowania dla
szerokiego zakresu transmitowanych częstotliwości nie jest zadaniem prostym. Podczas
wykonywania instalacji należy unikać usuwania skrętu żył na zbyt dużej długości kabla,
zagięcia kabla o zbyt dużej krzywiźnie (maksymalna, dopuszczalna krzywizna jest równa
czterem średnicom kabla) oraz zbyt silnego zaciskania złączy. Ponadto podczas instalacji kabli,
które zawierają wiele par skręcanych należy zwracać
uwagę na to, aby żadne dwie pary skręcane nie
biegły razem wzdłuż całego kabla w celu jak
największego zmniejszenia przeników.
Zalety
połączeń
wykonanych
z
kabli
symetrycznych:
−
duża prędkość transmisji sygnałów (do
1000Gb/s przy ograniczonej odległości),
−
łatwe diagnozowanie uszkodzeń,
−
łatwa instalacja (łatwość ułożenia kabla i łączenia
urządzeń),
−
są najtańszym medium transmisji (wykonane z
kabla nieekranowanego).
Wady połączeń wykonanych z kabli symetrycznych:
−
ograniczony zasięg transmisji,
−
mała odporność na zakłócenia (skrętki nieekranowanej) i uszkodzenia mechaniczne.
Tor współosiowy (koncentryczny) zbudowany jest z litego miedzianego przewodu,
otoczonego izolacją, przewodu ekranującego i zarazem uziemiającego oraz z zewnętrznej
koszulki ochronnej. Kabel koncentryczny może przekazywać dane w sieci z prędkością do 150
Mbit/s. Kabel koncentryczny nadaje się do sieci szerokopasmowych i pracujących w paśmie
podstawowym.
Zalety kabla koncentrycznego:
–
jest mało wrażliwy na zakłócenia z zewnątrz i szumy ze względu na posiadaną ekranizację,
–
jest tańszy niż ekranowana skrętka,
–
posiada szeroki zakres transmitowanych częstotliwości,
–
zapewnia większe prędkości niż nieekranowany kabel skręcany,
–
jest bardziej odporny na uszkodzenia mechaniczne dzięki twardej osłonie.
Wady kabla koncentrycznego:
–
występują trudności przy lokalizowaniu usterek,
–
wymaga specjalistycznych narzędzi podczas wykonywania połączeń,
–
wykazuje mała odporność na zginanie, zgniatanie itp.
Rys.4 Budowa przewodu symetrycznego [15]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak zbudowane i oznaczane są kable symetryczne stosowane w sieciach
telekomunikacyjnych ?
2. Jak zbudowane i oznaczane są kable symetryczne oraz łączniki modularne RJ-11 i RJ-45
stosowane w połączeniach teleinformatycznych ?
3. Jakie są zastosowania kabli symetrycznych ?
4. Jak wykonuje się połączenia nierozłączne i rozłączne w kablach symetrycznych ?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj podstawowe cechy, materiały, oznaczenia i przeznaczenie różnych rodzajów
kabli symetrycznych na eksponatach wskazanych przez nauczyciela i znajdujących się
w pracowni lub w katalogach.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać to ćwiczenie powinieneś:
1) odszukać w katalogu kabli oznaczenia i dane techniczne badanych kabli symetrycznych
2) wpisać podstawowe dane i wielkości charakteryzujące do zeszytu,
3) wpisać zastosowanie,
4) porównać swoją tabelę z tabelami kolegów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
odcinki kabli,
−
katalogi kabli symetrycznych,
−
przybory do pisania,
−
literatura [4], [15].
Ćwiczenie 2
Dobierz i wykonaj zestawienie materiałów i narzędzi potrzebnych do wykonania kabla
połączeniowego dla 2 komputerów na odległość 100 m bez pośrednictwa huba (połączenie
krzyżowe, bezpośrednie). Czas wykonania ćwiczenia ustali nauczyciel.
Sposób wykonania ćwiczenia
Rys. 5 Budowa kabla współosiowego
[15]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
Aby wykonać to ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat kabla połączeniowego,
2) odszukać w katalogu oznaczenia i dane techniczne kabli symetrycznych wskazanych
przez nauczyciela oraz złącza i narzędzia potrzebne do wykonania kabla połączeniowego,
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
odcinki kabli,
−
katalogi złącz i kabli symetrycznych,
−
narzędzia do montażu kabli,
−
przybory do pisania,
−
literatura [4], [15].
Wykonując ćwiczenie pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na;
−
poprawność nazewnictwa różnych rodzajów kabli,
−
prawidłowość interpretacji oznaczeń kabli,
−
liczbę i różnorodność rozpoznanych elementów w określonym czasie.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) objaśnić zasady budowy torów symetrycznych napowietrznych ?
2) opisać wady symetrycznych linii napowietrznych ?
3) objaśnić zasady budowy kabli symetrycznych ?
4) podać przykłady zastosowania kabli symetrycznych ?
5) objaśnić zasady budowy kabli koncentrycznych?
6) podać przykłady zastosowania kabli koncentrycznych?
7) opisać zalety i wady kabli koncentrycznych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
4.3. Tory i linie kablowe - analiza parametrów
4.3.1. Materiał nauczania
Określenia podstawowe i klasyfikacja czwórników
Z
w
I
1
I
2
E
g
U
1
U
2
Z
obc
Rys. 6 Czwórnik np. linia symetryczna
a) Impedancje wejściową Z
wej
widzianą na zaciskach wejściowych czwórnika Z
wej
= U
1
/I
1
,
b) Impedancje wyjściową Z
wy
widzianą na zaciskach wyjściowych czwórnika w warunkach,
c) Wzmocnienie lub tłumienie napięciowe k
u
, które jest definiowane jako stosunek napięcia
na zaciskach wyjściowych do napięcia na zaciskach wejściowych czwórnika k
u
= U
2
/U
1
,
d) Wzmocnienie lub tłumienie napięciowe skuteczne k
uef
, które jest definiowane jako
stosunek napięcia na zaciskach wyjściowych czwórnika do napięcia źródła sygnału .
k
uef
= U
2
/E
g
,
e) Wzmocnienie lub tłumienie prądowe k
i
, które jest definiowane jako stosunek prądu
wyjściowego do prądu wejściowego czwórnika k
i
= I
2
/I
1
,
f) Wzmocnienie lub tłumienie prądowe skuteczne k
ief
, które jest definiowane jako stosunek
prądu wyjściowego czwórnika do prądu źródła sygnału k
ief
= I
2
/I
g
,
g) Wzmocnienie lub tłumienie mocy k
p
, które jest definiowane jako stosunek mocy czynnej
P
2
wydzielonej na obciążeniu czwórnika do mocy czynnej P
1
doprowadzonej do wejścia
czwórnika k
p
= P
2
/P
1
,
h) Wzmocnienie lub tłumienie mocy skuteczne k
pef
, które jest definiowane jako stosunek
mocy czynnej P
2
wydzielonej na obciążeniu czwórnika do mocy dysponowanej P
gd
źródła
k
pef
= P
2
/P
gd
,
i) Wzmocnienie lub tłumienie mocy maksymalne k
pmax
, uzyskuje się wówczas gdy czwórnik
jest obustronnie dopasowany.
Właściwości symetrycznego toru przewodowego można opisać podając charakterystyki
impedancji dopasowania, tłumienności, zniekształceń tłumieniowych, opóźnieniowych
i weliniowych w funkcji częstotliwości. Symetryczną linie przewodową można traktować jako
układ typowego czwórnika przedstawiony jest na rysunku 6. Układ ten posiada dwa zaciski
wejściowe i dwa zaciski wyjściowe.
Szczegółowe parametry transmisyjne symetrycznego toru przewodowego można określić
w oparciu o schemat zastępczy toru przedstawiony na rysunku 7.
Czwórnik
Linia symetryczna
k
u
G
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Rys. 7 . Schemat zastępczy symetrycznego toru przewodowego
Na rysunku 7 przyjęto następujące oznaczenia:
Zgen
−
impedancja wyjściowa źródła sygnału [
Ω
],
Z
obc
−
impedancja wejściowa obciążenia toru [
Ω
],
R4, R5, R6, R7
−
stałoprądowa rezystancja jednostkowa żył kablowych (
Ω
/na 1 km),
R1
−
rezystancja izolacji [
Ω
/km] ,
L
−
indukcyjność jednostkowa toru (
µ
H/na 1 km) dla każdej pary,
C1
−
pojemność jednostkowa toru (nF/na1 km) dla każdej pary.
Rezystancja żyły [Ω/km] mierzona jest prądem stałym i jej wartość zależy od średnicy
(przekroju) żyły kabla oraz zależna jest od temperatury pracy przewodów, zjawiska
naskórkowości itp. Rezystancja torów ma istotny wpływ na wypadkową tłumienność toru.
Asymetria rezystancji [%] torów symetrycznych jest różnicą rezystancji dwóch żył tej samej
wiązki kabla. Małe wartości asymetrii rezystancji świadczą o poprawnym wykonaniu kabla.
Rezystancja izolacji [MΩ/km] mierzona jest prądem stałym, przy odpowiednim napięciu,
między jedną z żył kabla i pozostałymi żyłami (zwartymi). Jej wartość zależy od materiału
izolacji, od jej grubości i nie powinna być mniejsza od wartości określonej wzorem:
R
km
najmniejsza, dopuszczalna rezystancja izolacji żyły w kablu w
M
Ω
/km,
R
ł
najmniejsza, dopuszczalna rezystancja izolacji pojedynczego
zacisku stykowego łączówki głowicy kablowej w M
Ω
,
l
km
długość kabla w kilometrach [km],
ł
ł
km
km
iz
R
n
R
l
R
+
≥
1
w którym:
n
ł
liczba zacisków stykowego w łączówce głowicy kablowej.
Odporność izolacji na napięcie probiercze [V], stałe lub przemienne, przyłożone przez 1
minutę, jest próbą potwierdzającą poprawne wykonanie izolacji gotowego kabla lub układu
połączeń.
Pojemność skuteczna [nF/km], to pojemność między żyłami tego samego toru
symetrycznego, określana jest zwykle dla częstotliwości 1 kHz.
Asymetria pojemności względem ziemi [pF/km] torów symetrycznych jest różnicą
pojemności cząstkowych względem ziemi poszczególnych żył tego samego kabla. Małe
wartości asymetrii pojemności świadczą o poprawnym wykonaniu kabla.
Impedancja wejściowa i wyjściowa toru Z
wej
i Z
wyj
określona jest zgodnie z prawem Ohma.
Wartość wymienionych impedancji zależy od średnicy żył, rodzaju izolacji i budowy kabla.
Tylko w warunkach odpowiedniej zgodności impedancji źródła i impedancji obciążenia w
pasmie częstotliwości roboczych przekazywanie sygnałów może odbywać się bez zakłóceń.
Impedancje wejściową i wyjściową należy więc kontrolować w pełnym zakresie częstotliwości
Z
gen
Z
obc
L
L
L
L
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
roboczych. Jeżeli impedancja wejściowa linii jest taka sama jak impedancja źródła oraz
impedancja wyjściowa linii jest taka sama jak impedancja obciążenia to takie połączenie jest
nazywane połączeniem „dopasowanym”. Najbardziej pożądany jest przypadek, w którym
impedancja wejściowa czwórnika jest równa Z
obc
.
1 odcinek 2 odcinek 1 odcinek Z
obc
linii długiej linii długiej linii długiej
Rys. 8 Linia przewodowa symetryczna obciążona impedancją falową
Oznacza to, że na wejściu lub wyjściu istniejącego odcinka linii można dołączyć odcinek
dodatkowy w sposób pokazany na rysunku 8, a impedancja wejściowa całej linii nadal będzie
równa Z
0
(1 odcinek linii z obciążeniem dopasowanym może być traktowany jako obciążenie
dopasowane do 2 odcinka linii). Linia długa z obciążeniem dopasowanym cechuje się
ciągłością impedancji, co powoduje, że w żadnym jej punkcie przekazywany sygnał nie będzie
odbijany, a sygnał, który dotrze do impedancji obciążenia zostanie do niej całkowicie
przekazany. Skokowe zmiany impedancji stanowią przyczynę odbić sygnału. Szczególnym
przypadkiem jest stan jałowy linii (linia nieobciążona), gdy energia sygnału nie może być
rozproszona, bo nie ma obciążenia pochłaniającego energię. Jakikolwiek sygnał docierający do
końca nieobciążonej linii długiej zostanie odbity wstecz.
W większości przypadków odbicia są niekorzystnym zjawiskiem, nakładają się bowiem na
inne sygnały przekazywane w linii teletransmisyjnej. Z tego powodu wykonanie linii musi być
takie, aby w każdych warunkach (rozwidlenia) zachowane było dopasowanie impedancyjne.
Jak z powyższego wynika impedancja dopasowania jest charakterystycznym parametrem toru
przewodowego o wartości niezależnej pod jego długości i taka impedancja nazywa się falową.
Impedancja falowa Z
f
[
Ω
] linii kablowej (czwórnika) może być wyznaczona ze wzoru:
z
r
z
f
d
b
C
L
Z
Z
Z
2
ln
1
120
0
ε
=
=
=
gdzie:
Z
0
i Z
z
oznaczają odpowiednio impedancje wejściowe danej strony linii kablowej
(czwórnika) mierzone odpowiednio w stanie otwarcia (0) i zwarcia
(z) strony przeciwnej.
b
odległość między środkami żył
d
z
średnica żyły
Impedancja falowa bardzo silnie zależy od wymiarów geometrycznych kabla i od
częstotliwości transmitowanych sygnałów. Impedancja falowa zwiększa się wraz ze
zwiększeniem odległości między żyłami kabla np. w miejscach połączeń odcinków linii
kablowych. W miejscach mechanicznych wgnieceń, gdzie odległości między żyłami
zmniejszają się, impedancja falowa maleje. Zmiana
ε
(przenikalności elektromagnetycznej)
powoduje zmianę impedancji falowej kabla (zawilgocenie, zalanie wodą, zmiana temperatury
itp.) .
Impedancję wypadkową toru tworzą połączone szeregowo rezystancja i indukcyjność:
Z
w
= R + j
ω
L
gdzie
ω
oznacza pulsację (
ω
= 2
Π
f) a f częstotliwość sygnału transmitowanego w [Hz].
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
Szeregowo połączone rezystancja i indukcyjność powodują, że napięcie na wyjściu toru jest
znacznie mniejsze niż napięcie na wejściu toru. Im większa jest częstotliwość transmitowanych
sygnałów tym wpływ indukcyjności na wielkość napięcia wyjściowego będzie większy.
Wartości wymienionych parametrów w odniesieniu do 1 kilometra toru podawane są w
katalogach. Na wielkość napięcia na wyjściu toru wpływa również pojemność równolegle
prowadzonych przewodów oraz upływność izolacji pomiędzy przewodami.
Admitancję wypadkową toru tworzą, zaznaczone na schemacie zastępczym (rys. 7),
pojemność C1 i upływność
3
1
R
G
=
połączone równolegle: Y
w
= G + j
ω
C1
Im dłuższy jest tor transmisyjny tym większa jest upływność i pojemność toru tym samym
rośnie tłumienność toru.
Z praktycznego punktu widzenia największe znaczenia ma charakterystyka toru
przedstawiająca zależność tłumienia wnoszonego przez kabel (tor) od częstotliwości.
Prawidłowy przebieg tej charakterystyki decyduje o możliwości wykorzystania toru do
transmitowania sygnałów analogowych i cyfrowych o wysokich częstotliwościach.
Tłumienność [dB/km lub dB/100m] decyduje o zastosowaniach kabla.
Tłumienność odbiciowa [dB] określona jest przez różnicę poziomów (w decybelach)
sygnału użytecznego oraz niepożądanego echa pierwotnego (wypadkowego sygnału odbić
jednokrotnych od nieregularności wewnętrznych kabla) w punkcie dołączenia źródła.
Podawane są wartości minimalne dla zakresu częstotliwości radiowych.
Przeniki w torach kablowych są elementem wprowadzającym zakłócenia w przewodowych
transmisjach analogowych i cyfrowych, obok interferencji i echa sygnału. Powstają one w
wyniku wzajemnego oddziaływania między dwiema aktywnymi liniami komunikacyjnymi,
zwykle położonymi obok siebie w wiązce na dłuższym odcinku trasy przesyłowej. Jako istotne
rozróżnia się dwa rodzaje przeników: zbliżny NEXT i zdalny (inaczej odległy) FEXT.
Szczególnie niebezpieczny jest przenik zbliżny NEXT, powstający w sytuacji, gdy we wspólnej
wiązce nieekranowanych przewodów znajdą się skręcone pary wykorzystywane w danym
momencie do transmisji w przeciwnych kierunkach. Takie oddziaływanie zawsze występuje w
trakcie transmisji dupleksowej, gdy pokrywają się pasma nadawanych i odbieranych sygnałów.
W wyniku sprzężenia elektromagnetycznego między parami tych przewodów część energii
sygnału generowanego po stronie lokalnej jednej pary transmisyjnej przenika do innej i w
stłumionej postaci oraz z niejednorodnym opóźnieniem powraca torem odbiorczym do
urządzenia po tej samej stronie linii komunikacyjnej. Poziom sygnału przeniku zbliżnego zależy
w dużej mierze od ułożenia par, długości linii, częstotliwości pracy i szerokości przenoszonego
pasma. Drugim elementem zakłóceń w kablach miedzianych jest przenik zdalny FEXT (Far
End Crosstalk). Ten rodzaj przeniku pojawia się wówczas, kiedy dwa sygnały lub więcej (o
pokrywającym się widmie) przesyła się w tym samym kierunku, lecz za pomocą różnych par
przewodów miedzianych. Zarówno przenik zbliżny, jak i zdalny zależą od rodzaju kabla i jego
tłumienności.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0
0,6 1,2 1,8 2,4
3
3,6 4,2 4,8 5,4
6
6,6
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0
0
,6
1
,2
1
,8
2
,4
3
3
,6
4
,2
4
,8
5
,4
6
6
,6
a)
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0
0
,6
1
,2
1
,8
2
,4
3
3
,6
4
,2
4
,8
5
,4
6
6
,6
S
1
(t) S
2
(t)
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
b)
Rys. 9 Sygnał wyjściowy po przejściu przez linię przewodową
a) bez zniekształceń opóźnieniowych
b) po wprowadzeniu zniekształceń opóźnieniowych przez elementy LC
Przeniki są różnicą poziomów sygnału transmitowanego w jednej parze i indukowanego w
drugiej parze przewodów i wyrażone jest w decybelach [dB].
Zniekształcenia fazowe i opóźnieniowe wprowadzane przez tor przewodowy istotne są
szczególnie podczas transmitowania sygnałów skokowo zmieniających się, posiadających
szerokie widmo. Na rysunku 9a pokazano, że w torze zbudowanym z elementów
rezystancyjnych sygnały pierwszej i trzeciej harmonicznej na wejściu i wyjściu toru są w takiej
samej fazie, to oznacza że, po dodaniu, sygnał na wyjściu linii nie wprowadzającej
zniekształceń fazowych ma taki sam kształt jaki miał na wejściu. Natomiast na rysunku 9b
pokazano, że w torze zbudowanym z elementów L,C sygnały pierwszej i trzeciej harmonicznej
na wyjściu toru są w stosunku do siebie w innej fazie niż były na wejściu. W rezultacie, po
dodaniu, kształt wypadkowego przebiegu na wyjściu toru RLC jest też inny niż na wejściu.
Mówimy, że tor wprowadził zniekształcenia fazowe. Umiejętność pomiaru wymienionych
zniekształceń pozwala na ocenę przydatności toru transmisyjnego do konkretnych zastosowań
lub, co jest częściej stosowane, na dobranie odpowiedniego korektora fazowego
(opóźnieniowego).
Underwriters Laboratories, amerykańska jednostka certyfikująca, opracowała system
klasyfikacji kabli z wiązkami parowymi, oparty na podziale na kategorie. Podstawowym
kryterium tego podziału jest przydatność kabla do transmisji cyfrowej o określonej
przepływności binarnej, co jest równoznaczne z przydatnością symetrycznych torów
transmisyjnych do pracy w określonym zakresie częstotliwości sygnałów czyli do realizacji
konkretnych usług telekomunikacyjnych. Im wyższe częstotliwości są transmitowane w torze
przewodowym tym wszystkie elementy toru muszą być dobrane bardziej starannie.
Wyróżniono następujące kategorie kabli:
Kategoria 1- obejmuje kable o torach przeznaczonych do transmisji sygnałów w paśmie
częstotliwości akustycznych oraz do doprowadzania zasilania o niewielkiej
mocy. Nie stawia się żadnych wymagań wobec parametrów transmisyjnych
torów kabli tej kategorii.
Linia
Przewodowa
idealna
S
1
(t) S
2
(t)
Linia
Przewodowa
rzeczywista
R,L,C
ϕ
(
ω
) =
α
(t)
A(
ω
)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
Kategoria 2- obejmuje kable o liczbie par od 2 do 25, z torami przystosowanymi do transmisji
sygnałów w zakresie częstotliwości do 2 MHz, z przepływnością binarną do 2
Mb/s. Sprecyzowane są wymagania dotyczące impedancji falowej (84 do 120 )
oraz tłumienności falowej torów do 1 MHz (przy 1 MHz, co najwyżej 26
dB/km).
Kategoria 1- dotyczy kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 16
MHz, przy przepływności do 16 Mb/s.
Kategoria 4- dotyczyła kabli o torach przystosowanych do transmisji w paśmie częstotliwości
do 20 MHz i przy większym zasięgu w stosunku do kategorii 1. Jako zamienniki
tej kategorii, większość producentów oferuje obecnie kable kategorii 5.
Kategoria 5- dotyczy kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 100
MHz, z przepływnością binarną do 100 Mb/s (transmisja simpleksowa - po
dwóch różnych torach, po jednym dla każdego kierunku).
Kategoria 5e dotyczy kabli czteroparowych z torami przewidzianymi do pracy przy
częstotliwościach do 100 MHz, z przepływnością binarną do 1 Gb/s (transmisja
dupleksowa - po czterech torach w obydwu kierunkach).
Kategoria 6- dotyczy kabli czteroparowych z torami przewidzianymi do pracy przy
częstotliwościach do 200 (250) MHz, z przepływnością binarną większą od 1
Gb/s (transmisja dupleksowa - po czterech torach w obydwu kierunkach).
Kategoria 7- dotyczy kabli z dwoma lub czterema indywidualnie ekranowanymi parami,
których tory przewidziane są do pracy przy częstotliwościach do 600 MHz,
z przepływnością binarną znacznie większą od 1 Gb/s.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaki układ elektroniczny nazywamy symetryczną linią przewodową?
2. Jakie są zalety i wady symetrycznych linii przewodowych ?
3. Jakie są i jak określamy parametry transmisyjne symetrycznych i koncentrycznych torów
przewodowych ?
4. Jak określamy warunki dopasowania impedancyjnego?
5. Jakie są wymagania na kable pozwalające na budowę symetrycznych torów kablowych
odpowiedniej kategorii ?
6. Jakie są wymagane parametry elektryczne sygnałów wejściowych i wyjściowych dla
symetrycznych
linii
przewodowych
przeznaczonych
do
budowy
abonenckich
doprowadzeń telefonicznych analogowych (zgodnie z standardem na interfejs S1) ?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zaproponuj układ pomiarowy i wykonaj pomiary impedancji wejściowej, wyjściowej
i falowej w paśmie częstotliwości od 200 Hz do 100 kHz dla przykładowego toru
symetrycznego lub „sztucznej” linii symetrycznej. Wyniki pomiarów przedstaw w tabelkach
i na wykresach. Czas na wykonanie ćwiczenia określi nauczyciel.
Sposób wykonania ćwiczeń
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary impedancji wejściowej, wyjściowej i falowej w paśmie częstotliwości od
200 Hz do 100 kHz zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
model dydaktyczny badanej linii,
−
generator sygnałów sinusoidalnych,
−
miliwoltomierz prądu zmiennego,
−
miliamperomierz prądu zmiennego,
−
rezystor dekadowy,
−
przybory do pisania,
−
literatura [1], [10].
Ćwiczenie 2
Zaproponuj układ pomiarowy i wykonaj pomiary tłumienności w funkcji częstotliwości
w paśmie częstotliwości od 200 Hz do 100 kHz dla przykładowego toru symetrycznego lub
„sztucznej” linii symetrycznej. Wyniki pomiarów przedstaw w tabelkach i na wykresach. Czas
na wykonanie ćwiczenia określi nauczyciel.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary tłumienności w funkcji częstotliwości w paśmie częstotliwości od 200
Hz do 100 kHz zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
model dydaktyczny badanej linii,
−
generator sygnałów sinusoidalnych,
−
miernik poziomu (selektywny),
−
rezystor dekadowy,
−
przybory do pisania,
−
literatura [1], [10].
Ćwiczenie 3
Zaproponuj układ pomiarowy i wykonaj pomiary tłumienności przeników zbliżnych
i zdalnych w paśmie częstotliwości od 200 Hz do 100 kHz dla przykładowych torów
symetrycznych utworzonych w kablu 10 parowym o długości minimum 200 m. Wyniki
pomiarów przedstaw w tabelkach i na wykresach.
Sposób wykonania ćwiczenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary tłumienności przeników w funkcji częstotliwości w paśmie
częstotliwości od 200 Hz do 100 kHz zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji
pomiarowej,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
model dydaktyczny badanej linii,
−
generator sygnałów sinusoidalnych,
−
miernik poziomu (selektywny),
−
rezystor dekadowy,
−
przybory do pisania,
−
literatura [1], [10].
Wykonując ćwiczenia 1,2 i 3 pamiętaj, że podczas oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci
uwagę na:
–
poprawność słownictwa używanego podczas przygotowywania materiałów
i wykonywania ćwiczenia,
–
prawidłowość przygotowania planu wykonania zadania,
–
prawidłowość narysowania i interpretacji schematu układu pomiarowego,
–
prawidłowość dobrania odpowiednich narzędzi pomiarowych,
–
poprawność wykonania połączeń i umiejętność lokalizacji błędów w połączeniach,
–
sposób wykonywania pomiarów z oceną dokładności,
–
sposób notowania wyników (zaproponowanie tabeli wyników),
–
sposób wykonywania niezbędnych obliczeń ,
–
sposób rysowania wykresów,
–
sposób prezentacji wyników,
–
umiejętność formułowania wniosków dotyczących poprawności uzyskanych rezultatów.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić znaczenie pojęcia impedancja wejściowa i impedancja wyjściowa
torów symetrycznych ?
2) wyjaśnić znaczenie pojęcia impedancja falowa torów symetrycznych ?
3) objaśnić zasady pomiaru tłumienia wprowadzanego przez symetryczną linie
przewodową ?
4) wyjaśnić zasady pomiaru charakterystyki przenoszenia kabli symetrycznych ?
5) opisać zasady pomiaru poziomu szumu w symetrycznym torze przewodowym ?
6) dokonać pomiaru zniekształceń tłumieniowych wprowadzanych przez
symetryczny tor przewodowy ?
7) opisać zasady pomiaru zniekształceń opóźnieniowych wprowadzanych przez
symetryczny tor przewodowy ?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
4.4. Modulacja impulsowo kodowa i systemy PCM
4.4.1. Materiał nauczania
Modulacja impulsowo-kodowa PCM jest jednym z wielu sposobów przetwarzania
sygnałów analogowych na cyfrowe i cyfrowych na analogowe, stosowanym powszechnie w
systemach telekomunikacyjnych. Dobre zrozumienia opisanych zasad przekształcenia sygnałów
pozwoli Ci poznać strukturę i parametry sygnałów odwzorowujących różne rodzaje informacji
oraz ułatwi zrozumienie zasad działania urządzeń telekomunikacyjnych.
wejście
wyjście
Rys. 10. Schemat funkcjonowania przetwornika PCM
Modulacja PCM jest procesem wieloetapowym, na który składają się trzy podstawowe
operacje: próbkowanie, kwantowanie i kodowanie oraz kompandorowanie. Kompandorowanie
stanowi odrębne działanie prowadzone z uwagi na fizjologię procesów słuchowych.
Uproszczony, blokowy schemat funkcjonowania modulatora PCM przedstawia rysunek 10.
Sygnał analogowy podany zostaje na wejście kodera PCM poprzez filtr pasmowo-
przepustowy, który ogranicza pasmo przetwarzanych sygnałów. Następnie sygnał analogowy
poddany zostaje operacji próbkowania w układzie próbkująco-pamiętającym.
Próbkowanie polega na zamianie ciągłego sygnału analogowego na ciąg impulsów
o amplitudzie równej chwilowej wartości sygnału w momencie próbkowania i ustalonej
częstotliwości powtarzania f
p
= t
p
zwanej częstotliwością próbkowania. Częstotliwość
próbkowania powinna umożliwić jak najwierniejsze odtworzenie całego przebiegu funkcji
i zależna jest od częstotliwości maksymalnej sygnału wejściowego. Częstotliwość próbkowania
określona jest przez twierdzenie Schanonna-Kotielnikowa, które mówi że częstotliwość
próbkowania musi być przynajmniej dwa razy większa niż maksymalna częstotliwość sygnału
wejściowego. Dla telefonii, wykorzystującej sygnały zawarte w paśmie 0,3 ÷ 3,4 kHz,
przyjęto f
p
= 8 kHz).
Rys. 11 Zasada przetwarzania analogowo-
cyfrowego typu PCM
Filtr wejściowy
pasmowo-
przepustowy
Układ
próbkująco-
pamiętający
Układ
kwantowania
koder
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
Sygnał po próbkowaniu jest ciągiem impulsów PAM i nadal jest sygnałem analogowym.
W kolejnym kroku otrzymany ciąg impulsów poddawany jest kwantowaniu. Kwantowanie,
pokazane na rys.11 w pkt. b, jest właściwym procesem cyfryzacji sygnału. W tej operacji
następuje zamiana analogowej wartości próbki sygnału na liczbę o wartości należącej do
ograniczonego zbioru.
Kwantowanie prowadzone jest przy następujących założeniach:
–
określonej rozpiętości zmian sygnału wejściowego czyli ograniczonym zakresie napięć
wejściowych,
–
podziale
zakresu
przetwarzania
na
n
części
(przedziałów
kwantowania)
i przyporządkowaniu im liczb stanowiących ich unikalne numery.
Przyporządkowanie numerowi przedziału kwantowania określonego słowa kodowego nazywa
się kodowaniem i jest pokazane na rys. 11 w pkt. c. W ten sposób analogowy sygnał pierwotny
zapisany jest w postaci ciągu słów binarnych określających wartości chwilowe sygnału z
częstotliwością próbkowania. Ponieważ znany jest zakres zmian napięcia wejściowego (U
min
,
U
max
), a liczba przedziałów kwantowania zależna jest od długości słowa kodowego i wynosi N
= 2
n
, to może być określona dokładność przetwarzania analogowo-cyfrowego czyli
rozdzielczość przetwornika. Podczas dekodowania odebranych słów powtarzających się z
częstotliwością próbkowania odczytuje się informację, w którym przedziale znajdowała się
zakodowana wartość próbki. Najmniejszy średni błąd przy demodulacji występuje, gdy sygnał
jest odtwarzany w połowie grubości przedziału kwantowania. Błąd ten wprowadza do sygnału
odtwarzanego zniekształcenia zwane "szumem kwantowania" Jakość odtworzenia sygnału
analogowego określa się poprzez stosunek sygnału do szumu kwantowania i wyrażony jest
liczbą albo częściej przez odstęp sygnału do szumu kwantowania wyrażony w dB. W
systemach analogowych wymaga się aby odstęp sygnał/szum nie był mniejszy od 25 ÷ 15 dB w
całym zakresie odbieranych poziomów z uwzględnieniem wszystkich zakłóceń i zniekształceń.
W liniowym przetworniku analogowo-cyfrowym stosunek sygnału do szumu kwantyzacji jest
niekorzystny dla małych sygnałów. Aby tę wadę wyeliminować w procesie kodowania-
dekodowania PCM dodano operacje kompadorowania, która wprowadza zmienne przedziały
kwantowania: małe dla małych sygnałów i większe dla dużych sygnałów. Proces ten ma
charakter nieliniowy i jest przedstawiony na rysunku 12
W nadajniku układ kompandera działa w następujący sposób; cały zakres przetwarzanych
sygnałów od 0 do jeden jest podzielony na 8 segmentów w ten sposób że przedział od 0 do 1
jest podzielony na pół, to co zostało znowu jest podzielone na pół i tak dalej. Przedziały te są
Rys. 12 Krzywa kompandorowania
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
ponumerowane od 0 do 7 i zakodowane przy pomocy 3 bitów (bardziej znaczących)
umieszczonych bezpośrednio za bitem znaku. Ostatnie cztery bity oznaczają numer przedziału
kwantowania w każdym segmencie. Format słowa przedstawiony jest w tabeli 5. Aby
przywrócić liniowość przetwarzania kanału w odbiorniku wykonuje się operację odwrotną –
odbieranym słowom sygnału wejściowego przyporządkowuje się zmienne przedziały
kwantowania sygnałów wyjściowych. Charakterystyka kompresji U
wy
= f(U
we
) jest tak
dobrana, aby mogły być spełnione narzucone warunki na dokładność przetwarzania w całym
zakresie poziomów kodowanych sygnałów. Poddawanie sygnału telefonicznego kompresji jest
stosowane we wszystkich urządzeniach PCM, przy czym obowiązują dwa podstawowe
standardy: w Stanach Zjednoczonych i w Japonii stosuje się kompresję sygnałów według
formuły μ = 225, natomiast w Europie według formuły A = 87,6.
Tabela 5 Znaczenie bitów w słowie PCM
Obydwie nazwy pochodzą od parametru
krzywej aproksymującej charakterystykę
kompresji.
Parametry elektryczne sygnału cyfrowego na wyjściu kodera PCM są następujące:
−
długość słowa 8 bitów,
−
częstotliwość powtarzania słów 8 000 Hz,
−
rodzaj kodu - telefoniczny PCM,
−
przepływność binarna równa długości słowa pomnożonej przez częstotliwość
powtarzania słów - 64 000 bit/s,
−
czas przetwarzania 3,9
µ
s.
Rys. 13 Zasada zwielokrotnienia czasowego TDM z przeplotem znakowym dla n kanałów
Zwielokrotnienie czasowe (TDM) z przeplotem znakowym i bitowym, ramka,
synchronizacja nadajnika do odbiornika, bity, znaki służbowe.
Podobnie jak w systemach analogowych tak i w systemach cyfrowych jeden tor
transmisyjny może być wykorzystany do transmitowania sygnałów pochodzących od wielu
użytkowników. Proces próbkowania w każdym kanale przebiega z jednakową częstotliwością i
w taki sposób, że jeżeli kończy się słowo w jednym kanale to rozpoczyna się słowo
w następnym kanale. Formowanie strumienia zbiorczego czyli operacje zwielokrotnienia
czasowego, z przeplotem znakowym, przedstawiono na rysunku 13. Ilość kanałów
odwzorowanych w ten sposób zależy od systemu PCM. Zgodnie z obowiązującymi na terenie
Europy standardami CCITT realizuje się zwielokrotnienie czasowe dla 32 kanałów
telefonicznych, każdy o przepływności 64 000 bit/s. Sumaryczna więc ilość bitów w strumieniu
zbiorczym wynosi 2048 000 bit/s.
LSB 8
7
6
5
4
3
2
1 MSB
Znaczenie bitów w słowie 1- bit znaku, 2-4 numer
segmentu, 5-8 numer poziomu w segmencie
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
Zestaw kolejnych 32 słów odwzorowujących sygnały przesyłane w różnych kanałach
tworzy ramkę. Przy częstotliwości próbkowania 8000 Hz ramka trwa 125
µ
s. Jednak nie
wszystkie kanały mogą wykorzystać użytkownicy. Aby odbiornik mógł rozróżnić początek
ramki, początek każdego słowa i położenie każdego bitu musi odtworzyć sobie sygnały
zegarowe z odbieranego sygnału nawet w tedy, gdy we wszystkich kanałach nie ma żadnej
informacji. W tym celu pierwsze słowo-szczelina czasowa w każdej ramce zawiera szczególną,
stałą, kombinację bitów i nazywa się wzorem fazowania ramki (WF). W oparciu o te bity
odbiornik odtwarza sobie sygnały zegarowe dla ramek, szczelin czasowych i bitów. Budowę
ramki i przeznaczenie bitów pokazane jest na rysunku 14. Wszystkie szczeliny są 8-bitowe, a
czas trwania każdej z nich wynosi 3,9
µ
s. Do przesyłania sygnałów sygnalizacji komutacyjnej,
a także kontroli i nadzoru wykorzystana jest szczelina 16 (S16). Aby odwzorować stany
sygnalizacyjne dla 30 kanałów rozmównych, tworzona jest wieloramka składająca z 16 ramek
ponumerowanych od 0 do 15. W szesnastej szczelinie (S16) ramki zerowej przesyłany jest
sygnał fazowania (synchronizacji) wieloramki. W szczelinie S16 pozostałych ramek (od 1 do
15) pierwsze 4 bity są wykorzystywane jako kanały sygnalizacyjne i przyporządkowane
kanałom telefonicznym o numerach od 1 do 15, pozostałe natomiast cztery bity, w tych
szczelinach, są wykorzystywane jako kanały sygnalizacyjne przyporządkowane kanałom
telefonicznym o numerach od 16 do 10. A więc do podstawowych funkcji krotnic PCM 30/32
pierwszego rzędu należy:
–
próbkowanie i przetworzenie impulsów PAM o modulowanej amplitudzie na
dwuwartościowy sygnał cyfrowy PCM,
–
zwielokrotnienie czasowe TDM sygnałów cyfrowych i ukształtowanie odpowiedniego
sygnału zbiorczego (ramki),
–
synchronizowanie działania odbiornika z nadajnikiem (odtworzenie sygnałów zegarowych)
–
wyodrębnienie kanałów czasowych dla sygnałów sygnalizacyjnych wykorzystywanych do
sterowania procesem komutacji łączy w łącznicach,
–
odbiór z linii sygnału cyfrowego i nadanie mu pierwotnej formy (regeneracja sygnału),
–
odtworzenie z sygnału cyfrowego PCM impulsów o modulowanej amplitudzie PAM
i odpowiednie rozdzielenie ich na poszczególne kanały,
–
odtworzenie sygnałów służbowych, sygnalizacyjnych sterujących procesem komutacji
komutacyjnych.
Rys.14 Budowa ramki i przeznaczenie szczelin czasowych
systemu PCM 30/32
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
Jak z powyższego widać, sposób formowania sygnału cyfrowego w krotnicy PCM ma
bardzo istotny wpływ na pracę współpracujących urządzeń transmisyjnych i komutacyjnych.
Krotnica PCM 30/32 zawiera:
–
analogowe układy kanałowe, w skład których wchodzą filtry dolnoprzepustowe FDp,
i wzmacniacze Wz (na kierunku nadawczym i odbiorczym), rozgałęźniki Rzg oraz
ograniczniki amplitudy Og,.
–
przetworniki analogowo-cyfrowe ( kodery ) i cyfrowo-analogowe ( KOFIDEKI ),
–
układy zwielokrotnienia czasowego kanałów telefonicznych,
–
układy wytwarzające sygnały taktujące (zegary taktujące ) nadawcze i odbiorcze,
–
grupowe układy wejściowe i wyjściowe kształtujące sygnały zbiorcze,
–
układy kanałów sygnalizacyjnych.
Wielokrotne systemy cyfrowe oparte na zasadzie czasowego zwielokrotnienia kanałów
pracują wg standardu CCITT G.703, zgodnie z którym każdy następny stopień
zwielokrotnienia jest 4-krotny i oparty na tzw. plezjochronicznej zasadzie zwielokrotnienia -
stąd systemy te nazwano systemami cyfrowymi plezjochronicznymi (PDH). W oparciu o te
zasady utworzono:
−
systemy 30-krotne na zwykłych kablach symetrycznych w sieciach miejscowych;
−
systemy 120-krotne na kablach symetrycznych o małych przenikach między torami
−
systemy 480 i 1920-krotne na kablach współosiowych.
Następnie zaczęto stosować systemy o krotnościach 4·1920=5680 kanałów. Systemy te,
w przeciwieństwie do swoich poprzedników, nie doczekały się międzynarodowej standaryzacji,
ponieważ w międzyczasie opracowano nową, synchroniczną hierarchię systemów cyfrowych
SDH, dostosowaną specjalnie do pracy na torach światłowodowych. Systemy PDH zostały
zaprojektowane dla połączeń międzycentralowych i nie są optymalne do realizacji połączeń
dalekosiężnych, wymagających dużych przepustowości. Systemy synchroniczne SDH,
wykorzystujące kable światłowodowe, pozwalają na znaczne zwiększenie przepustowości przy
jednoczesnym zmniejszeniu liczby urządzeń.
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak przebiega proces przetwarzania sygnałów analogowych na cyfrowe w koderze PCM ?
2. Co oznacza skrót PAM ?
3. Na czym polega operacja kompandorowania stosowana w modulacji PCM i w jakim celu
jest stosowana ?
4. Jakie są parametry sygnału na wyjściu kodera PCM ?
5. Na czym polega zwielokrotnienie czasowego TDM z przeplotem znakowym ?
6. Jakie jest przeznaczenie poszczególnych szczelin czasowych w ramce PCM ?
7. Jakie są parametry kodera i dekodera PCM istotne z punktu widzenia jego zastosowań w
systemach telefonicznych ?
8. Jakie jest praktyczne zastosowanie twierdzenia o próbkowaniu Shannona – Kotelnikowa
w systemach telefonicznych ?
9. W jaki sposób do krotnicy odbiorczej PDH drugiego rzędu, o przepływności 8448 kbit/s,
dociera informacja o zawartości bitu dopełnienia ? [3]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Przedstaw na schemacie blokowym oraz wyjaśnij na przykładzie budowę i działanie
przetwornika analogowo-cyfrowego – KODEKA stosowanego w krotnicy PCM 30/32
pierwszego rzędu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat blokowy układu kodeka PCM,
2) wyjaśnić proces przetwarzania analogowo-cyfrowego sygnałów sinusoidalnie zmiennych ,
3) opisać parametry sygnału cyfrowego na wyjściu KODEKA.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
instrukcja obsługi krotnicy PCM G.702 i G.703,
−
zalecenie CCITT G.701,
−
poradnik dla ucznia,
−
przybory do pisania i rysowania,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 2
Narysuj charakterystykę kompandorowania i opisz sposób jej realizacji zarówno
analogowej jak i cyfrowej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat blokowy układu kodeka PCM,
2) wyjaśnić proces przetwarzania analogowo-cyfrowego z uwzględnieniem błędów
przetwarzania,
3) opisać przebieg kompandorowania i parametry sygnału cyfrowego na wyjściu KOFIDEKA.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
instrukcja obsługi krotnicy PCM,
−
zalecenie G.702 poradnik dla ucznia,
−
przybory do pisania i rysowania,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 3
Przygotuj układ pomiarowy kodeka PCM zgodnie z instrukcją dostarczoną przez
nauczyciela. Zaobserwuj na oscyloskopie i wyrysuj kształty przebiegów w wybranych
punktach przetwornika analogowo-cyfrowego typu PCM oraz wykonaj odpowiednie rysunki
(zachowując odpowiednią skalę).
–
sygnału na wejściu kodera PCM,
–
sygnału na wyjściu układu kompandorowania,
–
sygnału na wyjściu kodera PCM podczas sterowania wejścia sygnałem sinusoidalnym dla
małych częstotliwości sygnału wejściowego,
–
sygnału na wyjściu kodera PCM.
Sposób wykonania ćwiczenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi
w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,
2) wykonać rysunki przebiegów w wybranych punktach kodera PCM,
3) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
instrukcja obsługi krotnicy PCM,
−
model dydaktyczny krotnicy PCM,
−
generator sygnałów sterujących,
−
zasilacz,
−
przybory do pisania i rysowania,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 4
Opracuj projekt realizacji prac związanych z kontrolą poprawności funkcjonowania
KODEKA PCM 30/32 posługując się danymi katalogowymi producenta. W projekcie powinny
się znaleźć:
–
rodzaj mierzonych parametrów,
–
układ pomiarowy,
–
wykaz czynności wykonywanych podczas pomiaru,
–
propozycje tabelek do zanotowania wyników i wzory do wykonania niezbędnych
przeliczeń,
–
spodziewane wyniki kontroli poprawności funkcjonowania kodeka PCM.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać czynności zapisane w zadaniu,
3) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania i rysowania,
−
katalog specjalizowanych układów scalonych stosowanych w telekomunikacji,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 5
Odszukaj w wymaganiach na systemy transmisyjne hierarchii PDH (standard G.712)
wymagania dotyczące zakresu tolerancji zniekształceń wzmocnieniowych kanału PCM
w funkcji zmian poziomu wejściowego oraz zniekształceń wzmocnieniowych kanału PCM
w funkcji zmian częstotliwości wejściowej dla sygnałów wejściowych i wyjściowych
zaznaczonych na poniższym schemacie
wejście wyjście
analogowe
analogowe
kanał analogowy
Krotnica
PCM
koder PCM
Linia
symetryczna
przewodowa
sygnał cyfrowy
Krotnica
PCM
Dekoder
PCM
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
Do wejścia dołącz generator sygnałów sinusoidalnych. Do wyjścia dołącz miernik
poziomu. Wykonaj pomiary zniekształceń wzmocnieniowych kanału PCM w funkcji zmian
poziomu wejściowego oraz zniekształceń wzmocnieniowych kanału PCM w funkcji zmian
częstotliwości wejściowej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego kanału transmisyjnego złożonego
z kodera PCM, linii symetrycznej i dekodera PCM,
2) wykonać czynności zapisane w zadaniu i w instrukcji dostarczonej przez nauczyciela,
3) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
układy kodera PCM,
−
dekodera PCM generator sygnałów sinusoidalnych,
−
miernik poziomu,
−
oscyloskop dwukanałowy oraz przybory do pisania i rysowania,
−
katalog specjalizowanych układów scalonych stosowanych w telekomunikacji, standard
G.712,
−
literatura [3].
Wykonując ćwiczenia 1-5 pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę
na:
–
prawidłową analizę parametrów kodeka PCM,
–
trafny wybór parametrów do kontroli,
–
zaproponowany układ pomiarowy,
–
poprawność zastosowanych symboli i oznaczeń na schematach,
–
poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić znaczenie pojęcia modulacja impulsowo-kodowa PCM 30/32 ?
2) wyjaśnić
zasadę
przetwarzania
analogowo-cyfrowego
i
cyfrowo-
analogowego typu PCM ?
3) opisać cel stosowania i zasadę realizacji kompandorowania stosowanego w
koderach PCM 30/32 ?
4) wyjaśnić zasady pomiaru charakterystyki kodowania kodera PCM ?
5) opisać zasady pomiaru poziomu szumu kwantyzacji w torze przewodowym ?
6) opisać zasadę zwielokrotnienia czasowego stosowanego w krotnicach PCM
30/32 ?
7) dokonać pomiaru zniekształceń opóźnieniowych wprowadzanych przez kanał
koder PCM-linia transmisyjna dekoder PCM
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
4.5. Kody transmisyjne
4.5.1. Materiał nauczania
Szeregowa transmisja sygnałów cyfrowych w paśmie podstawowym
Transmisja sygnałów cyfrowych w łączach przewodowych, w paśmie podstawowym
(baseband) - polega na przesłaniu ciągu impulsów uzyskanych na wyjściu kodera PCM lub
multipleksera MX. Widmo sygnałów jest tutaj nieograniczone. Jednocześnie każde łącze
przewodowe charakteryzuje się ograniczonym zakresem częstotliwości transmitowanych
sygnałów. Szerokość pasma przenoszenia to zakres czestotliwości między górną i dolną
częstotliwością graniczną, które kanał jest zdolny przenieść z nierównomiernością nie gorszą
niż 1dB. Szerokość pasma jest wyrażana w hercach (Hz, kHZ, MHz, BHz, THz).
Przykładowo, dla linii telefonicznej analogowej Szerokość pasma przenoszenia wynosi 3,1 kHz
w zakresie częstotliwości od 300 do 400 Hz. Szerokość pasma określa przydatność łącza
analogowego do realizacji różnych usług.Łącza do transmisji cyfrowej są projektowane na
określoną przepływność wyrażaną w bitach na sekundę (b/s). Przepływność kanału
(przepustowość) to liczba bitów danych, które można przesłać w ciągu 1 sekundy przez tor
transmisyjny. Maksymalna teoretyczna przepływność kanału jest ograniczona twierdzeniem
Shannona. Prawo to w postaci:
+
•
=
N
S
W
P
1
log
2
określa maksymalną przepływność kanału P w zależności od szerokości pasma W oraz
stosunku mocy sygnału S do mocy szumu termicznego N i nie zależy od przyjętego sposobu
modulacji. Rzeczywistą przepływność torów teletransmisyjnych (do niedawna określana jako
przepustowość kanału) znacznie ograniczają parametry kabla użytego do budowy łącza oraz
od staranności wykonania korekcji charakterystyk tłumieniowych i opóźnieniowych.
0 [V]
Takt - sygnał zegarowy
0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1
Informacja w kodzie NRZ
+ 5 [V]
0 [V
0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1
Informacja w kodzie RZ
+ 5 [V]
0 [V]
Rys.15 Informacja na wyjściu kodera PCM lub układu zwielokrotnienia MX
Dodatkowo informacja cyfrowa, wychodząca ze źródła (np. kodera PCM lub układu
zwielokrotnienia MX), jest przedstawiona najczęściej w kodzie NRZ. („bez powrotu do zera”)
lub w formacie RZ („z powrotem do zera”) tak jak to przedstawiono na rysunku 15. Jak
pokazano na rysunku 15, zmiana stanu w sygnale informacji z „0” na „1” Lub z „1” na „0”
występuje tylko w momentach, gdy w sygnale zegarowym jest zbocze narastające. Sygnały
cyfrowe zapisane w kodzie NRZ i RZ posiadają:
a) składową stałą,
b) widmo rozciągające się od zera do nieskończoności (teoretycznie),
c) formę zależną od treści przekazywanej informacji a tym samym słabe własności
synchronizujące.
W związku z powyższym sygnały cyfrowe zapisane w kodzie NRZ lub RZ, przed wysłaniem w
tor transmisyjny przedstawiony na rysunku 16, należy przekształcić na inną postać cyfrową.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
Rys. 16 Schemat blokowy kanału transmisyjnego
Opracowano wiele różnych formatów sygnału cyfrowego zapewniających najlepsze
warunki transmisyjne w torze przewodowym a w szczególności:
a) nieobecność składowej stałej w transmitowanym sygnale,
b) możliwie wąskie i równomiernie rozłożone widmo transmitowanego sygnału,
c) dobre własności synchronizacyjne (możliwość odtwarzania sygnału zegarowego na
każdym etapie transmisji),
d) możliwość wykrywania błędów w transmitowanych sygnałach,
e) dobre dopasowanie elektryczne.
Sposób kodowania transmisyjnego zależny od szybkości transmisji. Na rysunku 17
przedstawiono kilka charakterystycznych przykładów kodów transmisyjnych binarnych,
trójwartościowych lub pseudotrójwartościowych stosowanych w sieciach przewodowych.
Takt - sygnał zegarowy
0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Informacja w kodzie NRZ
0 0 1
0 0 1
0 1 0
0 1 0
1
1
1
1
Informacja w kodzie transmisyjnym NRZ-AMI
0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Informacja w kodzie RZ
0 0 1
0 0 1
0 1 0
0 1 0
1
1
1
1
Informacja w kodzie transmisyjnym RZ-AMI
Rys. 17 Odwzorowanie informacji w kodzie NRZ i RZ oraz AMI
Kod AMI
Stan logiczny „1” w sygnale cyfrowym określany bywa mianem „znacznika” („mark”), a
stan „0” mianem przerwy („space”). Skrót AMI oznacza „Alternate Mark Inversion”
(naprzemienna inwersja znacznika), a więc naprzemienną inwersję sygnału „1” czyli stan
logiczny „jeden” transmitowany jest na zmianę jako „+1” lub jako „-1” w przeciwieństwie do
zera, które jest przesyłane zawsze jako „0”. W magistrali S
0
, w systemach ISDN, kod AMI
stosuje się również w zmodyfikowanej formie. Modyfikacja polega na tym, że stanowi zero w
informacji w przewodowej linii transmisyjnej przyporządkowane są na przemian stany „+1” i
„-1”, natomiast stan logiczny „1” odwzorowany jest w linii jako „0”.
Kod bifazowy różnicowy ( P-FSK).
Zasada kodowania polega na tym, że każdemu elementowi sygnału danych odpowiada
dodatni bipuls sygnału bifazowego ( -1, +1 ) lub ujemny ( +1, -1 ), przy czym każdemu
elementowi danych 1 odpowiada taki sam bipuls sygnału bifazowego jak bipuls poprzedni, zaś
elementowi danych 0 bipuls przeciwny do poprzedniego. Kodowanie bifazowe różnicowe jest
szczególnym przypadkiem binarnej różnicowej modulacji fazy o skoku fazy 0
o
lub 180
o
przy
czym na jeden element sygnału modulującego przypada okres fali nośnej:
Kod WAL1 i WAL2.
źródło
informa
cji
koder
źródłowy
np.
MX
koder
kanału
Kanał
transmisyjny
dekoder
kanału
dekoder
źródłowy
np. MX
Informacja
odbierana
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
Przetwarzanie sygnałów za pomocą kodów WAL1 i WAL2 można interpretować jako
bezpośrednią binarną modulację fazy o skoku fazy 0
o
lub 180
o
przy czym dla kodu WAL1 faza
fali nośnej, przy której ma miejsce skok fazy wynosi 0
o
, zaś dla kodu WAL2 wynosi 90
o
. Kod
difazowy różnicowy oraz WAL1 i WAL2 nie zawiera składowej stałej (wartości średniej) a
suma cyfrowa nie przekracza wartości 2. Pierwsze 0 widma mocy jest położone przy
częstotliwości dwa razy większej niż dla naturalnego sygnału binarnego co jest istotną wadą
tych kodów transmisyjnych. Jeżeli sygnał danych podlega kodowaniu WAL1 lub WAL2 to
musi być następnie zakodowany różnicowo dla zapewnienia jednoznaczności odbioru.
Kod Millera.
Tworzenie sygnału liniowego za pomocą kodu Millera polega na tym, że element sygnału
danych 1 odpowiada zmiana stanu (momentu charakterystycznego) sygnału przekodowanego
występująca w środku elementu sygnału danych, pojedynczemu elementowi danych 0
odpowiada brak zmiany stanu, lecz ciągowi zawierającemu 2 lub więcej elementów 0
odpowiadają zmiany po każdym z nich. Należy zwrócić uwagę na to, że przez podzielenie
sygnału w kodzie WAL1 przez WAL2 uzyskuje się sygnał w kodzie Millera. Kodowanie
Millera jest więc równoważne bezpośredniej binarnej modulacji fazy o skoku fazy 0
o
lub 90
o
,
prostokątnej fali nośnej, której częstotliwość równa się połowie szybkości modulacji sygnału
danych. Sygnał liniowy Millera zawiera niewielką składową stałą, suma cyfrowa nie przekracza
wartości 2, a widmo mocy jest skoncentrowane w zakresie małych częstotliwości. W praktyce
stosowany jest również kod różnicowy Millera nazywany również 1/2 P-FSK zapewniający
sygnałowi liniowemu właściwości sygnału różnicowej modulacji fazy.
Kod HDB-3
Kod ten jest zalecany do stosowania w cyfrowychtraktach telefonicznych o przepływności
binarnej sygnału wynoszącej 2048 kbit/s, Zastosowany liniowy kod transmisyjny HDB-3
ogranicza liczbę kolejnych zer wysyłanych w linię do 3. Sposób realizacji kodowania HDB-3
przedstawia rysunek 18. Jeśli w sygnale binarnym występuje kolejno po sobie mniej niż 3 zera
to kodowanie jest takie samo jak w AMI. Eliminacja ciągów postaci czterech kolejnych zer i
więcej uzyskiwana jest dzięki wprowadzaniu naruszenia kodowego, które polega na
zastąpieniu czwartego zera jedynką (V) o polaryzacji identycznej z ostatnio wykorzystaną lub
zamianie ciągu 0000 na B00V, w którym B oznacza jedynkę o polaryzacji zgodnej z regułą
kodowania. w przypadku gdy liczba wprowadzonych jedynek pomiędzy kolejnymi
naruszeniami kodowymi jest parzysta. Taki sposób kodowania jednocześnie ogranicza widmo
transmitowanego sygnału. Zasadę kodowania HDB-3 przedstawiono w tabeli 6
Tabela 6 Zasada kodowania liniowego HDB-3
Sygnał
wejściowy
Sygnał
wyjściowy
Uwagi
0
0
Gdy ilość zer po ostatniej jedynce lub ciągu 4 zer jest
mniejsza od 4
1
±
1
Kodowanie naprzemienne (tak jak w AMI)
0000
000V
Gdy od ostatniego naruszenia kodowego wystąpiła
nieparzysta liczba jedynek
0000
B00V
Gdy od ostatniego naruszenia kodowego wystąpiła parzysta
liczba jedynek
V - jedynka o polaryzacji identycznej jak użyta poprzednio
B - jedynka o polaryzacji przeciwnej do użytej poprzednio
Rys. 18 Zasada kodowania HDB – 3
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
Kod 4B-3T
Do transmitowania sygnałów o przepływnościach większych niż 2048 kbit/s stosuje się,
przedstawione na rysunku 19 kodowanie transmisyjne typu 4B3T. W kodowaniu typu 4B3T
każde 4 bity szeregowego strumienia danych binarnych zastępuje się 3 bitami w logice 3
wartościowej zgodnie z zasadą przedstawioną w tabeli 7. W ten sposób sygnał w łączu zmienia
swoje stany wolniej niż sygnał informacyjny, co ma duże znaczenie podczas transmisji szybkich
strumieni danych. Odpowiedni wybór 16 kombinacji z 27 możliwych pozwala na odpowiednie
ukształtowanie widma transmitowanych sygnałów oraz na kontrolę poprawności transmisji.
Tabela 7
Rys. 19 Zasada kodowania 4B3T
Kod CMI
Do transmitowania sygnałów o przepływnościach 139 264 kbit/s, ±15 ppm. zalecanym
sposobem transmisji jest liniowy kod transmisyjny CMI, który stanowi dwupoziomową
pozbawioną powrotów do zera, reprezentację stanów przebiegu oryginalnego.
Bit „0” jest przy tym kodowany poprzez występujące naprzemiennie poziomy A1 i A2, których
czas trwania wynosi dokładnie połowę podstawowego interwału bitowego (T/2), natomiast bit
„1” reprezentują identyczne poziomy napięcia utrzymywane na zmianę przez cały okres
trwania pojedynczego symbolu czyli w stanie „0”, w połowie interwału bitowego występuje
zawsze narastające zbocze sygnału. Natomiast w stanie „1” zbocze narastające rozpoczyna
interwał bitowy, jeśli poprzednim stanem był A1 oraz kończy go w przypadku przeciwnym.
Przykład ilustrujący przedstawioną technikę kodowania przedstawia rysunek 20.
Rys. 21 Schemat współpracy krotnic cyfrowych
Tak uformowane sygnały nadaje się poprzez układy dopasowania liniowego transkodera
zawierające transformator liniowy w symetryczny tor przewodowy.
Kombinacja stanów
w linii transmisyjnej
Kodowanie
4B3T
Kombinacja
bitów danych
G1
G2
G3
0000
+ + +
−
+
−
−
+
−
0001
+ + 0
0 0
−
0 0
−
0010
+ 0 +
0
−
0
0
−
0
0011
0
−
+
0
−
+
0
−
+
1110
+
−
0
+
−
0
+
−
0
1111
+ +
−
+
−
−
+
−
−
Rys. 20 Zasada kodowania CMI
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
Schemat blokowy układu współpracy krotnic PCM z torem przewodowym przedstawiony
został na rysunku 21.
Kod 2B1Q
Do transmitowania sygnałów cyfrowych w paśmie podstawowym, w doprowadzeniach
abonenckich wykorzystuje się kod liniowy 2B1Q, który tworzy się w następujący sposób:
szeregowy strumień danych dzielimy na dwójki bitów. Każdej dwójce bitów
przyporządkowujemy jeden z czterech stanów napięciowych w łączu zgodnie z zasadą
przedstawioną na rysunku 22. W ten sposób uzyskuje się zmniejszenie częstotliwości zmian
napięciowych w sygnale liniowym kosztem zmuszenia odbiornika do rozpoznawania czterech
stanów zamiast dwóch.
Po przejściu przez linię transmisyjną impulsy o kształcie prostokątnym ulegają
odkształceniu tak, jak to pokazano na rysunku 23 Fakt ten jest przyczyną ograniczenia zasięgu
transmisji sygnałów cyfrowych. W omawianym przypadku zasięg ten jest ograniczony do
odległości od 1500 m do około 2700. W warunkach eksploatacyjnych montuje się w torach co
około 1700 m układy regeneratorów, które wzmacniają transmitowany sygnał, odtwarzają
sygnał zegarowy o częstotliwości bitowej i przy pomocy tego sygnału przywracają właściwe
proporcje czasowe transmitowanym impulsom. Każdy z wymienionych regeneratorów zawiera
w kierunku odbiorczym zmiennik trójwartościowego kodu liniowego HDB-3 na kod
dwuwartościowy, a w kierunku nadawczym - zmiennik kodu dwuwartościowego na kod
HDB-3 oraz wzmacniacz liniowy i układy dopasowujące. Krotnice mają w pełni
znormalizowane styki zarówno po stronie sygnałów składowych, jak i zbiorczych. Każda
z krotnic zapewnia nieprzerwaną, jednoczesna wymianę sygnałów w obydwu kierunkach.
Zasięg transmisji sygnałów cyfrowych w symetrycznych torach przewodowych, w paśmie
podstawowym jest ograniczony i zależy od:
a) szybkości transmisji wyrażonej w bit/sek,
b) typu użytego kabla (toru przewodowego),
c) techniki kodowania transmisyjnego,
d) korekcji zniekształceń tłumieniowych i opóźnieniowych toru transmisyjnego.
Rys. 22 Zasada kodowania 2B1Q
Rys. 23 Zniekształcenia sygnału cyfrowego
wprowadzane przez tor symetryczny
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
Na rysunku 24 przedstawiono zależność zasięgu transmisji od szybkości przekazu dla kabla
symetrycznego o średnicy żył 0,5 mm.
Transmisja dwukierunkowa, jednoczesna w łączu jednotorowym (dwuprzewodowym)
Na szczególną uwagę zasługuje sytuacje przedstawiona na rysunku 25. Pokazano tu
transmisje dwukierunkową jednoczesną takich samych sygnałów w łączu jednotorowym. Aby
to zrealizować zastosowano, po obydwu stronach łącza, specjalny układ adaptacyjnego
kompensatora echa F, który ma za zadanie eliminować na wejściu odbiornika szkodliwe
sygnały pochodzące od niezrównoważenia toru, przeników między różnymi kierunkami
transmisji, od niewłaściwego dopasowania impedancyjnego współpracujących urządzeń.
Kompensator echa F (rysunek 26) wytwarza na swoim wyjściu sygnał taki sam jak sygnały
zakłócające ale o przeciwnej fazie. W układzie sumującym ten sygnał kompensuje się
z sygnałami szkodliwymi i odbiornik może dekodować tylko sygnał odebrany z odległej stacji.
Kompensatorem echa jest odpowiedni filtr o zmiennych współczynnikach, dostosowanych do
aktualnych warunków panujących w linii.
Rys. 25 Transmisja dwukierunkowa, jednoczesna
w łączu jednotorowym (dwuprzewodowym)
Rys. 26 Zasada kasowania echa
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Dlaczego nie można transmitować sygnałów cyfrowych w symetrycznych torach
przewodowych w kodach NRZ, RZ lub w naturalnym kodzie binarnym ?
2. Jakie czynniki ograniczają zasięg transmisji sygnałów w torach przewodowych ?
3. Jakie parametry powinny mieć sygnały cyfrowe podczas szeregowej transmisji danych
w paśmie podstawowym ?
4. Jakie są zależności pomiędzy cyfrowym sygnałem transmitującym informacje a sygnałem
zegarowym, (formowanie sygnału cyfrowego) ?
5. W jaki sposób kodowanie transmisyjne i szybkość transmisji wpływają na zasięg transmisji ?
6. Dlaczego w kodowaniu HDB-3 występują dwie zastępcze kombinacje bitów ?
Rys.24 Zasięg transmisji sygnałów cyfrowych
w paśmie podstawowym
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Przeprowadź pomiar parametrów sygnałów w kodach AMI, HDB-3 itp. posługując się
instrukcją do ćwiczenia pt. „Badanie układów kodowania i dekodowania transmisyjnego”.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie wymagane wartości parametrów sygnałów w kodach AMI, HDB-3,
2) wyjaśnić proces kodowania transmisyjnego,
3) wykonać pomiary zgodnie z instrukcją dostarczoną przez nauczyciela,
4) opisać parametry mierzonych sygnałów w kodzie transmisyjnym.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
instrukcja obsługi transkodera PCM,
−
model dydaktyczny układów kodujących,
−
generator sygnałów sterujących,
−
zasilacz,
−
oscyloskop dwukanałowy,
−
instrukcja wykonania ćwiczenia,
−
przybory do pisania i rysowania,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 2
Porównaj parametry sygnałów zmierzonych w ćwiczeniu 1 z wymaganymi tj. określonymi
w standardzie G.703.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie wymagane wartości parametrów sygnałów w kodach AMI, HDB-3,
2) porównać parametry mierzonych sygnałów w kodzie transmisyjnym.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
instrukcja obsługi transkodera PCM,
−
przybory do pisania i rysowania,
−
literatura [3],
−
wymagania na hierarchie systemów plezjochronicznych PDH.
Ćwiczenie 3
Zaproponuj układ pomiarowy i zmierz widmo sygnałów cyfrowych zakodowanych
w kodzie AMI i HDB-3. Jaka jest różnica w charakterystyce widmowej pomiędzy tymi
kodami.
Sposób wykonania ćwiczenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
43
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi
w instrukcji pomiarowej,
2) wykonać pomiary widma sygnałów cyfrowych zakodowanych w kodzie AMI i HDB-3
zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
model dydaktyczny transkodera PCM,
−
generator sygnałów sterujących,
−
zasilacz,
−
selektywny miernik poziomu,
−
instrukcja wykonania ćwiczenia,
−
przybory do pisania i rysowania,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 4
Przeprowadź pomiar parametrów sygnałów w kodach Manchester i bifazowym
posługując się instrukcją do ćwiczenia pt. „Badanie układów kodowania i dekodowania
transmisyjnego”.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie wymagane wartości parametrów sygnałów w kodach Manchester i
bifazowym,
2) wykonać pomiary zgodnie z instrukcją dostarczona przez nauczyciela,
3) opisać parametry mierzonych sygnałów w kodzie transmisyjnym.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
model dydaktyczny układów kodujących,
−
generator sygnałów sterujących,
−
zasilacz,
−
oscyloskop dwukanałowy,
−
instrukcja wykonania ćwiczenia,
−
przybory do pisania i rysowania,
−
literatura [3].
Wykonując ćwiczenie pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:
–
prawidłową analizę parametrów układów kodowania liniowego,
–
trafny wybór parametrów do kontroli,
–
zaproponowany układ pomiarowy,
–
poprawność zastosowanych symboli i oznaczeń na schematach,
–
poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania,
–
umiejętność określenia parametrów nadajników i odbiorników linii,
–
umiejętność przeprowadzenia samooceny,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
44
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić znaczenie pojęcia kodowanie transmisyjne stosowane podczas
transmisji sygnałów cyfrowych w symetrycznym torze przewodowym ?
2) opisać znaczenie pojęcia transmisja sygnałów cyfrowych w paśmie
podstawowym ?
3) opisać cel stosowania i zasadę realizacji kodowania transmisyjnego HDB-3 ?
4) wyjaśnić cel stosowania i zasadę realizacji kodowania transmisyjnego typu
2B1Q?
5) opisać inne techniki kodowania transmisyjnego np.4B3T. bifazowy, Manhester
itp. ?
6) opisać zasadę regeneracji sygnału transmitowanego w symetrycznym torze
przewodowym ?
7) opisać
możliwości
wykrywania
błędów
w
sygnałach
cyfrowych
transmitowanych w torze przewodowym ?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
45
4.6. Transmisja cyfrowa i analogowa
4.6.1. Materiał nauczania
Modulacje analogowe: AM, FM, PM
Modulacja to celowa zmiana parametrów fali nośnej. Częstotliwość zmian sygnału
modulującego jest dużo mniejsza od częstotliwości fali nośnej. Jeżeli modulowane są fale
sinusoidalne, to proces ten może powodować zmiany amplitudy, częstotliwości lub fazy drgań.
W przypadku fal prostokątnych (często stosowanych w technice cyfrowej) procesowi
modulacji podlega szerokość, amplituda, pozycja (układ) oraz gęstość impulsów.
Aby można było transmitować sygnały cyfrowe w kanale analogowym należy przeprowadzić
proces modulacji fali sinusoidalnej. Przebieg sinusoidalny użyty jako fala nośna o pulsacji Ω
opisany jest równaniem: U(t) = U
m
sin(ωt + φ). Modulacja amplitudy (AM), to jedna z trzech
podstawowych rodzajów modulacji. Polega na zakodowaniu sygnału informacyjnego
w chwilowych zmianach amplitudy U
m
sygnału nośnego. Uzyskany w wyniku sygnał
zmodulowany jest sygnałem wąskopasmowym, który nadaje się np. do transmisji drogą
przewodową lub radiową. Natomiast przebieg modulujący o pulsacji ω
m
(sygnał przenoszący
informacje) można opisać wzorem m(t) = M sin(ω
m
t + P). Przebieg wypadkowy sygnału po
modulacji amplitudy można opisać wzorem y(t) = (U
m
+ M sin(ω
m
t + P))sin(ωt). Sygnał ten
składa się z fali nośnej i dwóch sinusoidalnych fal o częstościach niewiele różniących się od
częstości fali nośnej zwanych wstęgami bocznymi. Ponadto modulację AM charakteryzuje
współczynnik głębokości modulacji, który definiuje się następująco:
m
U
M
m
=
. Współczynnik
głębokości modulacji mieści się w zakresie od 0 do 1 i dość często podawany jest również
w procentach. Modulacja częstotliwości (FM) polega na kodowaniu informacji w fali nośnej
przez zmiany jej chwilowej częstotliwości, w zależności od sygnału wejściowego. Binarna
modulacja częstotliwości (FSK) polega na wytworzeniu dwóch częstotliwości f
A
i f
Z,
z których
każda odpowiada jednej z dwu wartości sygnału cyfrowego. Rozróżniamy górną (wyższą) i
dolną (niższą) częstotliwość znamienną f
A
= f
0
+ Δf, f
Z
= f
0
- Δ f (Δ f - dewiacja częstotliwości)
oraz częstotliwość środkową
2
0
Z
A
f
f
f
+
=
Istotnym parametrem decydującym o rozkładzie
widma sygnału zmodulowanego a tym samym określającym minimalną szerokość pasma kanału
transmisyjnego jest wskaźnik modulacji
m
Z
A
V
f
f
m
−
=
gdzie f
A
i f
Z
to częstotliwości znamienne,
natomiast V
m
oznacza szybkość modulacji w bodach. Przy założonej wartości szybkości
modulacji V
m
efektywna szerokość pasma zajmowanego przez widmo zwiększa się wraz ze
wzrostem wskaźnika m. Na przykład modem V.21 oraz V.23 są modemami, w których jest
stosowana binarna modulacja częstotliwości. Dla wskaźnika m = 0,66 mamy najbardziej
korzystny rozkład amplitud w widmie sygnału zmodulowanego. W kanale szerszym modemu
V.23 dla obu szybkości stosuje się ten sam wskaźnik modulacji co oznacza, że efektywna
szerokość widma przy szybkości 600 bodów jest dwukrotnie mniejsza niż przy szybkości 1200
bodów. System FM umożliwia odfiltrowanie po stronie odbiornika znacznie więcej zakłóceń
niż system AM.
Modulacja fazy, (PM ) pozwala na kodowanie informacji w fali nośnej przez zmianę jej
chwilowej fazy φ, w zależności od sygnału wejściowego. Do transmisji sygnałów cyfrowych w
kanałach analogowych wykorzystuje się wielowartościową, różnicową modulację fazy, która
polega na wytwarzaniu skoków fazy w sygnale nośnym np. o częstotliwości 1800 Hz
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
46
o wartości zależnej od kombinacji bitów. Aby umożliwić odbiornikowi bezbłędne
odkodowywanie skoków fazy zmiana fazy w sygnale nośnym może wystąpić w ściśle
określonych momentach nośnej. Sposób przyporządkowania zmian fazy symbolom binarnym
nazywamy kodem modulacyjnym. Dla modulacji dwuwartościowej mamy dwie wartości zmian
fazy różniące się między sobą o d = 2Π/2. Dla zrealizowania czterowartościowej modulacji
fazy należy zapewnić w nadajniku możliwość zmian czterech wartości fazy różniących się
między sobą d = 2 Π /4 = 90
o
. Każda, kolejna zmiana fazy przyporządkowana jest kolejnej
dwójce bitów. W celu zwiększenia przepływności binarnej do 4800 bit/s stosuje się modulację,
przy której dla 3 kolejnych bitów przyporządkowuje się jedną z 8 różnych wartości zmian fazy
odległych od siebie d = 2 Π /8 = 45
o
. Trójbity przyporządkowane zostały zmianom fazy
według kodu Gray’a co zapewnia przekłamanie tylko jednego bitu w trójbicie, w przypadku
przekłamania zmiany fazy wartości właściwej na sąsiednią. Główna część widma sygnału
zmodulowanego zajmuje pasmo od 400 Hz do 3200 Hz, przy częstotliwości fali nośnej 1800
Hz. Stosowanie wielowartościowej modulacji fazy powoduje utrudnienie pracy odbiornika ale
pasmo przepustowe kanału telefonicznego zostanie wykorzystane bardziej efektywnie. Dalszy
wzrost szybkości transmisji w kanałach telefonicznych możliwy jest przy zastosowaniu
modulacji mieszanych np. ośmiowartościowej różnicowej modulacji fazy i modulacji amplitudy
połączonej z kompresją danych. Teoretyczna przepływność binarna kanału transmisyjnego o
wartościowości „k”i szybkości modulacji „b
m
” wyraża się wzorem : J
b
= b
m
· log
2
k [bit/s].
Wymienione procesy modulacji znalazły zastosowanie w modemach. Modem podłącza się do
portu szeregowego komputera (RS-212). Początkowo firma Bell opracowała protokoły
określające sposób, w jaki modemy konwertują dane cyfrowe na sygnały analogowe, które
mogą być transmitowane przez linie telefoniczne i standardy modulacji używane w Stanach
Zjednoczonych, a organizacja CCITT stworzyła zalecenia międzynarodowe na potrzeby
krajów europejskich. Obecnie Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna - Telekomunikacja
ITU-T (uprzednio CCITT) opracowuje zalecenia (standardy) przyjmowane powszechnie przez
producentów modemów. Zalecenia ITU-T z serii V (takie jak V.34 i V.90) definiują
komunikację sygnałów danych przy użyciu sieci telefonicznej. Do najważniejszych standardów
modemowych należą:
V.21 - Najstarsza norma modemów o szybkości do 300bps z kluczowaniem FSK o szybkości
modulacji 300 bodów w trybie pełny dupleks; modemy tego standardu są przezroczyste dla
informacji przekazywanej w interfejsie RS232C:
V.22 - Standard dla modemów dupleksowych 1200 bps, modulacja DPSK o szybkości 600
bodów. Kodowanie 1- lub 2- bitowe zapewniające przekaz danych z szybkością 600bps lub
1200bps w trybie pełny dupleks;
V.22 bis -Równoczesne kodowanie 4 bitów zapewnia cztery szybkości przesyłania z modulacją
o szybkości 600 bodów w trybie pełny dupleks;
V.23 - Standard dla modemów 600bps i 1200bps działających przez łącza komutowane
w trybie półdupleksowym, transmisja synchroniczna i asynchroniczna.
V.26 - Standard dla modemów 2400 bps
V.27 - Standard określający współpracę modemów na szybkości 4800bps w połączeniach typu
PMP (Point to MultiPoint). Przewidziany dla transmisji synchronicznej w trybie półdupleks
przez linię dwuprzewodową lub z pełnym dupleksem przez linię czteroprzewodową;
V.32 bis - Standard określający pracę modemów w zakresie od 4 800bps do 14 400bps.
Wykorzystuje dwuwymiarową technikę modulacji TCM z kodowaniem od 3 do 6 bitów
informacji wejściowej w konstelacji zawierającej maks. 128 stanów fali nośnej. Rutynowa
funkcja dynamicznego wyboru optymalnej szybkości transmisji w całym paśmie częstotliwości
(w górę i w dół), krokami co 2400bps.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
47
V.34 – Standard opisujący funkcjonowanie modemów o szybkościach przesyłania: 28,8 kbps i
33,6 kbps. Modemy zgodnie za standardem V.34 wykorzystują czterowymiarową technikę
TCM przy równoczesnym, wielopoziomowym kodowaniu do 12 bitów (2·6 bitów) informacji
wejściowej. Liczba stabilnych stanów w czterowymiarowej konstelacji kilku nośnych może
osiągać 768 punktów przy podstawowej szybkości modulacji 2400 bodów i zmianie szybkości
w pełnym zakresie, w krokach co 2400bps. Przy zastosowaniu kompresji informacji (maks.
4:1) szybkość informacji między modemem a urządzeniem końcowym DTE może osiągać
wartość nawet 115,2 kbps, co stanowi graniczną szybkość dla większości szeregowych
układów komunikacyjnych USART zainstalowanych w terminalach komputerowych.
V.34 bis –Standard opisuje pracę modemów dla telefonicznych kanałów analogowych do
szybkości 33 600bps.
V.36-Standard definiujący połączenia urządzeń DTE z łączami telefonicznymi analogowymi
grupy pierwotnej (B).
V.42 - Standard opisujący procedurę kontroli błędów w szeregowej transmisji danych.
Poprawność przesyłanych danych sprawdzana jest za pomocą kontroli nadmiarowej CRC.
Obliczona dla bloku danych wartość jest przesyłana razem z blokiem do odbiorcy, u którego
wartość CRC jest liczona powtórnie. Reszta z dzielenia jest porównywana z wartością
przekazywaną przez nadawcę przez nadawcę. Różnice w obu wartościach powodują
retransmisję. W standardzie V.42 bloki danych są łączone w pakiety, co redukuje liczbę bitów
startu i stopu oraz ilości transmitowanej informacji powodując zwiększenie przepływności
kanału o ok. 20%.
V.42 bis - Standard, za pomocą którego przeprowadza się kompresję danych (przy
współczynniku 4:1). W przypadku transmisji nie skompresowanych danych protokół V.42 bis
może nawet czterokrotnie zwiększyć nominalną szybkość modemu. Jeśli natomiast dane
zostały uprzednio skompresowane (np. programem do archiwizacji zbiorów PKZIP lub
podobnym), to nie zaleca się przesyłania ich za pomocą standardu V.42 bis, gdyż transmisja
zostanie obciążona dodatkowym narzutem - bez zmniejszenia ilości transmitowanej informacji.
MNP - zestaw protokołów komunikacyjnych firmy Microcom, uznany za standard
w kompresji danych oraz wykrywaniu i poprawianiu błędów. Zawiera 10 klas protokołów,
w których klasy 1-4 definiują kontrolowanie błędów sprzętowych, klasy MNP5 i MNP7
opisują ogólnie akceptowane metody kompresji danych (klasa 5 z kompresją 2:1, klasa 7
z kompresją 3:1), klasa MNP10 zawiera rygorystyczny protokół kontroli błędów (z kompresją
MNP7). Algorytmy kompresji są bezstratne - przeznaczone głównie do kompresowania plików
transmisji danych. Protokół MNP-1 dotyczy korekcji błędów danych przy transmisji
asynchronicznej zorientowanej znakowo w trybie półdupleksowym: efektywna przepływność
binarna wynosi tu 70% (tzn. przy szybkości transmisji 2400bps efektywna przepływność
wynosi 1690bps). Protokół MNP-2 to także protokół asynchroniczny zorientowany bajtowo
(znakowo). Stosuje on dupleksowy tryb wymiany danych dzięki czemu jego efektywność
wynosi około 84%. Np. modem o szybkości 2400bps pracujący z protokołem MNP-2 osiąga
efektywną przepływność binarną równą 2000bps. Klasa MNP-3 jest protokółem
synchronicznym zorientowanym bitowo. Z uwagi na to, że protokół synchroniczny umożliwia
eliminację niezbędnych w transmisji asynchronicznej bitów „startu” i „stopu” protokół klasy 3
MNP jest bardziej efektywny. Oczywiście wymiana danych pomiędzy komputerem
a modemem odbywa się w dalszym ciągu asynchronicznie, ale modemy przesyłają dane
pomiędzy sobą w sposób synchroniczny. Protokół klasy 3 stosuje dupleksowy sposób wymiany
danych. Jest to pierwszy z poziomów MNP, który zapewnia zarówno korekcję błędów jak
i skrócenie czasu transmisji: efektywność wynosi tu ok.108%, a zatem używając tej klasy
w modemie o szybkości 2400bps osiąga się efektywne przesyłanie danych z szybkością
2600bps.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
48
Protokół MNP-10 pozwala zrealizować połączenia dotychczas niemożliwe. Został on
opracowany w zasadzie dla telefonii komórkowej, chociaż może być przydatny również dla
łączy kablowych o niskiej jakości.
Protokół ten charakteryzują następujące cechy:
−
negocjowanie i zwiększanie szybkości transmisji (modem rozpoczyna transmisję od niskiej
szybkości, a następnie zwiększa ją do wartości, na którą pozwalają warunki panujące w
linii),
−
wymuszenie połączenia (modem łączy się nawet wtedy, gdy w linii panują zakłócenia),
−
dynamiczne zmiany prędkości (w czasie trwania połączenia, modem stale dopasowuje
szybkość transmisji do warunków panujących w linii),
−
szybka zmiana długości ramki (rozmiar ramki w niesprzyjających warunkach może
zmieniać się od 256 do 8 bajtów),
−
dopasowanie poziomu nadawczego sygnału (modem ustala odpowiedni poziom
nadawanego sygnału dla warunków panujących w linii).
4.6.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak przebiega modulacji amplitudy (AM)
2. Jakie są zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi dla modulacji AM ?
3. Jak określamy składowe sygnału zmodulowanego w modulacji AM takie jak: wstęgi
boczne, fala nośna, głębokość modulacji ?
4. Jak przebiega proces modulacji częstotliwości FM ?
5. Jakie są zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi dla modulacji FM ?
6. Jakie praktyczne znaczenie ma znajomość widma sygnałów zmodulowanych ?
7. Jaka jest zasada działania modulatora realizującego czterowartościową różnicową
modulację fazy 4PSK ?
8. Jakie są funkcje nadajnika w modemie ?
4.6.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wyrysuj na papierze milimetrowym wymagane charakterystyki interfejsu S1
z analogowym
kanałem
telefonicznym
dostępu
podstawowego:
wymagane
pasmo
transmitowanych sygnałów, dopuszczalne wartości zniekształceń opóźnieniowych oraz
ograniczenia na dopuszczalne poziomy sygnałów nadawanych poza pasmem kanału.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w normie PN-76/T-05051 ark.03 pt. Styk S1
z kanałami lub łączami telefonicznymi,
2) narysować w zeszycie wymagane charakterystyki interfejsu S1.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania, literatura [6],
−
norma PN-76/T-05051 ark.03 pt. Styk S1 z kanałami lub łączami telefonicznymi.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
49
Ćwiczenie 2
Zaproponuj układ pomiarowy i dokonaj pomiaru parametru sygnałów na wyjściu
urządzenia modemowego pracującego z modulacją częstotliwości lub z różnicową modulacją
fazy. W trakcie ćwiczenia powinny być mierzone poziomy sygnałów nadawanych,
częstotliwości sygnałów nadawanych oraz widmo sygnałów nadawanych i zależność mocy
sygnałów nadawanych od rezystancji dopasowania. Wyniki pomiarów powinieneś porównać z
wymaganiami na dopuszczalne pasmo transmitowanych sygnałów, dopuszczalne wartości
zniekształceń opóźnieniowych oraz na dopuszczalne poziomy sygnałów nadawanych poza
pasmem kanału.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary parametrów i widma sygnałów przez nadajnik FSK lub 4PSK zgodnie ze
wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.(standard V.23 lub V.26).
Wyposażenie stanowiska pracy:
–
zestaw badaniowy modulatora częstotliwości lub fazy,
–
oscyloskop dwukanałowy,
–
dwa multimetry,
–
zasilacz stabilizowany,
–
selektywny miernik poziomu
–
rezystor dekadowy.
Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym, zgodnie z instrukcją do ćwiczenia,
musi sprawdzić nauczyciel przed podłączeniem napięcia zasilania.
\
Ćwiczenie 3
Zaproponuj układ pomiarowy i dokonaj pomiaru zniekształceń nieliniowych sygnałów
nadawanych przez urządzenia modemowe. Podczas opisu układu zwróć uwagę na sposób
wysterowania urządzenia nadającego sygnały w linię telefoniczną oraz na odpowiednie
dopasowanie impedancyjne.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary parametrów i widma sygnałów przez nadajnik FSK lub 4PSK zgodnie ze
wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.(standard V.23 lub V.26).
Wyposażenie stanowiska pracy:
–
zestaw badaniowy modulatora częstotliwości lub fazy,
–
oscyloskop dwukanałowy,
–
dwa multimetry,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
50
–
zasilacz stabilizowany,
–
selektywny miernik poziomu,
–
rezystor dekadowy.
Pracujesz w zespole wyznaczonym przez nauczyciela. Przed przystąpieniem do wykonania
wymienionych ćwiczeń dokładnie zapoznaj się z instrukcją do ćwiczenia. Po upływie czasu
określonego przez nauczyciela wskazana grupa zaprezentuje sposób wykonania ćwiczenia i
otrzyma ocenę.
Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:
–
prawidłową analizę parametrów modulatora AM, FM, PM AFSK, 4PSK),
–
umiejętność wyszukiwania przez Ciebie informacji w literaturze lub internecie ,
–
zaproponowany schemat układu do pomiaru poziomów, częstotliwości i widma sygnałów
na wyjściu modulatora AM, FM, PM zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji,
–
poprawność zastosowanych symboli i oznaczeń na rysowanych schematach,
–
odpowiednie parametry zastosowanych mierników pomiarowych,
–
umiejętność rysowania tabel i wykresów oraz wykonywania potrzebnych obliczeń,
–
poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania.
4.6.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić jak przebiega proces modulacji i demodulacji amplitudy AM ?
2) opisać
zależności
pomiędzy
parametrami
sygnałów
wejściowych
i wyjściowych dla modulacji amplitudy ?
3) wyjaśnić w oparciu o informacje zawarte w pracy VADEMECUM
TELEINFORMATYKA I znaczenie pojęć szybkość transmisji (cyfrowej)
i szybkość modulacji oraz opisać jednostki bit/s i bod ?
4) wyjaśnić jak przebiega proces modulacji i demodulacji częstotliwości FM ?
5) opisać
zależności
pomiędzy
parametrami
sygnałów
wejściowych
i wyjściowych dla modulacji częstotliwości FM ?
6) wyjaśnić jak przebiega proces modulacji i demodulacji fazy sinusoidalnej
fali nośnej stosowany w modemach transmisji danych ?
7) opisać
zależności
pomiędzy
parametrami
sygnałów
wejściowych
i wyjściowych dla wielowartościowej, różnicowej modulacji fazy np.
4PSK?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
51
4.7. Zabezpieczenie przed błędami transmisji
4.7.1. Materiał nauczania
Informacje cyfrowe, przeznaczone do przekazania z nadajnika do odbiornika przy
wykorzystaniu łącza komunikacyjnego, umieszczane są w ramkach, tak jak w systemach
telefonii PCM lub w pakietach i ramkach tak jak w systemach teleinformatycznych. Ramka
musi być tak uformowana aby można było w odbiorniku:
−
jednoznacznie określić początek odbieranej informacji,
−
odróżnić bity służbowe (np. sygnalizacyjne) od bitów informacyjnych,
−
rozpoznać rodzaj odbieranej informacji,
−
wykrywać lub wykrywać i korygować błędy,
−
odtworzyć strumienie zwielokrotnione,
−
uformować informacje typu „alarm”, które informują nadajnik o zakłóceniach
występujących w odbiorze.
Strukturę ramki i pakietu definiuje protokół komunikacyjny. Ramki w systemach PCM
składają się z takich samych elementów, przesyłane są w sposób ciągły, natomiast pakiety
teleinformatyczne mogą być przysyłane oddzielnie i dlatego zawierają rozbudowane nagłówki i
dane. W nagłówkach mogą znajdować się adres nadawcy i odbiorcy, informacje potrzebne do
obsługi błędów i zapewniające prawidłową transmisję danych, wskaźnik ostatniego pakietu,
identyfikator informacji, numer określający, którą częścią informacji jest pakiet, itp. Pakiet
może mieć różne rozmiary. W kanałach o dużych zakłóceniach korzystne jest, ze względu na
retransmisje informacji, stosowanie krótkich pakietów.
Wykrywanie błędów w transmitowanych sygnałach może odbywać się już na poziomie
sprzętowym. W tym przypadku odbiornik może kontrolować poziom odbieranych sygnałów.
Jeżeli jest za niski to nie realizuje dekodowania odebranej informacji. W odbiorniku sprawdza
się także czy w odebranym sygnale powtarzają się dokładnie wszystkie kombinacje służbowe
jak np. wzór fazowania ramki, tolerancja szybkości transmisji, czy zachowana jest formuła
kodowania transmisyjnego (tj. czy nie występują kombinacje bitów nie przewidziane w danym
kodzie transmisyjnym).
Dodatkowe możliwości wykrywania błędów w transmitowanych sygnałach daje
stosowanie kodowych technik wykrywania lub wykrywania i korygowania błędów.
Opracowano standardy opisujące protokoły wymiany danych z wykorzystaniem kodowych
technik wykrywania błędów.
Do najpopularniejszych należą:
−
Kod „dwa z pięciu”, w którym dla każdej cyfry dziesiętnej przyporządkowano
pięciobitowy kod, zawierający dwie jedynki i trzy zera. Ciąg bitów, który nie spełnia tej
zasady uznawany jest za uszkodzony i wymaga retransmisji. Sygnał w tej postaci
wykorzystywany jest do kodowania na listach kodów pocztowych w celu automatyzacji
procesu sortowania przesyłek Metoda ta jest w stanie wykryć błąd, który polega na
zmianie jednego bitu. Natomiast gdy w obrębie znaku (bloku) jeden bit zmieni wartość z
0 na 1, a drugi z 1 na 0, to błąd pozostanie niezauważony. Ten sposób wykrywania
błędów sprawdza się również w radiowych systemach rozsiewczych.
−
Bit parzystości, który jest dodawany do każdego znaku informacji w celu sprawdzenia
poprawności odbioru, w ten sposób, by liczba jedynek w bajcie i bicie parzystości była
zawsze parzysta. Bit parzystości otrzymuje wartość 0 lub 1 tworząc sumę modulo 2
wszystkich bitów tak aby łączna wartość równała się 0 - była zawsze parzysta. Np.
kombinacja bitów 10111101 jest parzysta (6 bitów „1”), więc bit parzystości wynosi 0
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
52
dając 9 bitowe wyrażenie kodowe 101111010. Kombinacja bitów 01110011 jest
nieparzysta (ma 5 bitów „1”), więc bit parzystości wynosi 1, dając 9 bitowy wyraz
kodowy 011100111. Pakiet bajtowy 00000000 jest parzysty (ponieważ zero jest parzyste),
więc bit parzystości wynosi 0, dając w rezultacie 9 bitowe wyrażenie kodowe 000000000.
Bit parzystości umożliwia wykrywanie przede wszystkim pojedynczych przekłamań.
−
Bit nieparzystości, który jest odwrotnością bitu parzystości
−
Sumy kontrolne pozwalające na wykrywanie błędów wielokrotnych. Urządzenie nadające
sygnały cyfrowe liczy sumę kontrolną i liczbę tą dołącza do bloku danych. Urządzenie
odbierające sygnały cyfrowe liczy również sumę kontrolną z odebranych danych
i sprawdza czy zgadza się z sumą odebraną z sygnałem danych. Jeśli sumy te nie zgadzają
się to znaczy, że dane uległy przekłamaniu.
−
Cykliczna kontrola nadmiarowa (CRC) sprawdzająca w odbiorniku poprawność
odebranych z sieci sygnałów cyfrowych, uformowanych w bloki złożone z 240, 480 lub
960 elementów informacyjnych, wykorzystująca operacje algebraiczne wykonywane na
informacji. Istotną cechą tej metody jest możliwość przesyłania z odbiornika do nadajnika
wyników kontroli poprawności transmisji w celu ewentualnej retransmisji błędnie
odebranego bloku (ramki). W procedurze CRC ciąg informacyjny zostaje zapisany
w postaci wielomianu informacyjnego w(x), w algebrze Boole”a, stopnia 256 lub 480 lub
980 (w zależności od długości bloku). Następnie zostaje przyjęty wielomian „generacyjny”
stopnia 16 g(x) = x
16
⊕
x
12
⊕
x
5
⊕
1 gdzie znak
⊕
oznacza sumowanie modulo 2. Na
wymienionych wielomianach zostaje wykonane działanie dzielenia binarnego zgodnie z
wzorem
)
(
)
(
)
(
)
(
x
r
x
k
x
g
x
w
⊕
=
, w wyniku którego dostajemy wielomian k(x) i resztę z
dzielenia r(x) o długości takiej samej jak stopień wielomianu generacyjnego g(x). Do
odbiornika wysyłamy informacje k(x) i bezpośrednio dołączoną do niej resztę z dzielenia
r(x) Po stronie odbiorczej wykonywane jest działanie odwrotne. Wielomian k(x) jest
dzielony przez znany odbiornikowi wielomian generacyjny g(x) (ponieważ w algebrze
Boole”a działania dzielenia i mnożenia są równoważne) Reszta z tego dzielenia jest
porównywana z resztą dołączoną do wielomianu k(x). Jeżeli w odebranej informacji nie
ma błędów to wynikiem porównania jest 0, natomiast jeżeli wystąpią błędy to wynikiem
porównania jest ciąg niezerowy. Wtedy należy zażądać powtórnego przysłania błędnie
odebranego bloku. Zastosowanie procedury CRC pozwala na wykrywanie błędów
pojedynczych, podwójnych i seryjnych o długości serii do 16. Skuteczność wykrywania
błędów oraz rodzaje wykrytych błędów zależą od umiejętnego dobrania wielomianu
generacyjnego. Problematyka wykrywania błędów tą metodą ma wiele algorytmów
realizacji i jest bardzo szeroko omówiona w różnych publikacjach. Jednocześnie należy
zauważyć, że transmitowana w linii informacja k(x) ma inną postać niż wielomian
informacyjny w(x), czyli że informacja w(x) została „utajniona’ przez wielomian
generacyjny g(x).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
53
4.7.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co rozumiemy pod pojęciem „zabezpieczenie przed błędami” w transmisji cyfrowej ?
2. W jakim celu dodajemy bity do informacji cyfrowej przeznaczonej do transmisji ?
3. Jakie są metody sprzętowe pozwalające na ocenę poprawności odebranych sygnałów
cyfrowych ?
4. Na czym polega wykrywanie błędów metodą parzystości ?
5. Na czym polega wykrywanie błędów metodą sum kontrolnych ?
6. Na czym polega procedura CRC pozwalająca na wykrywania błędów ?
7. Jakie czynniki wpływają na ilość błędów w kanale cyfrowym ?
8. Jakie postępowanie może poprawić możliwość rozpoznawania błędów w odbieranym
sygnale cyfrowym ?
4.7.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Narysuj na papierze milimetrowym sygnał zegarowy, informacje zakodowaną w kodzie
AMI oraz przykłady błędów wykrywanych na podstawie niezgodności sekwencji kodu
liniowego dla kodu AMI.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi formatowania sygnałów w kodzie AMI,
2) narysować w zeszycie przykłady sygnałów w kodzie AMI z błędami.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 2
Narysuj na papierze milimetrowym sygnał zegarowy, informacje zakodowaną w kodzie
HDB-3 oraz przykłady błędów wykrywanych na podstawie niezgodności sekwencji kodu
liniowego dla kodu HDB-3.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi formatowania sygnałów w kodzie HDB-3,
2) narysować w zeszycie przykłady sygnałów w kodzie HDB-3 z błędami.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
literatura [3].
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
54
Ćwiczenie 3
Narysuj na papierze milimetrowym sygnał zegarowy, informacje zakodowaną w kodzie
CMI oraz przykłady błędów wykrywanych na podstawie niezgodności sekwencji kodu
liniowego dla kodu CMI.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi formatowania sygnałów w kodzie CMI,
2) narysować w zeszycie przykłady sygnałów w kodzie CMI z błędami.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
literatura [3].
Ćwiczenie 4
Posługując się tabelą kodowania dla kodu 4B3T wskaż jakie błędy w odbieranym sygnale
liniowym mogą być wykryte w odbiorniku.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi formatowania sygnałów w kodzie 4B3T.
2) narysować w zeszycie przykłady sygnałów w kodzie 4B3T z błędami.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
przybory do pisania,
−
literatura [3].
Twój nauczyciel zadecyduje czy będziesz pracować indywidualnie czy w parach. Ustali On
również czas na wykonanie każdego ćwiczenia. Przygotuj rozwiązania zadań w zeszycie
korzystając z odpowiedniej literatury. Po upływie czasu wyznaczonego przez nauczyciela
wybrani uczniowie zaprezentują sposób rozwiązywania kolejnych problemów i otrzymają
oceny. Podczas oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:
–
prawidłową analizę zasad kodowania transmisyjnego,
–
umiejętność wyszukiwania przez Ciebie informacji w literaturze,
–
umiejętność opisania błędów, które mogą wystąpić w prezentowanych ciągach kodowych,
–
poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
55
4.7.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) wskazać nieprawidłowości w sygnale liniowym zakodowanym w kodzie
HDB-3 mogące wskazywać na to że w odbieranej informacji występują
błędy?
2) opisać nieprawidłowości w sygnale liniowym zakodowanym w kodzie
4B3T mogące wskazywać na to że w odbieranej informacji występują
błędy?
3) opisać metodę parzystości stosowaną w celu wykrywania błędów podczas
przekazywania danych cyfrowych ?
4) opisać metodę sum kontrolnych stosowaną w celu wykrywania błędów
podczas przekazywania danych cyfrowych ?
5) opisać metodę wielomianów cyklicznych stosowaną w celu wykrywania
błędów podczas przekazywania danych cyfrowych ?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
56
4.8. Łącza stosowane w transmisji kablowej
4.8.1. Materiał nauczania
Przez łącze komunikacyjne rozumie się w telekomunikacji zespół środków technicznych
(mediów i urządzeń) służących do przesyłania sygnałów analogowych lub cyfrowych,
odwzorowujących różne rodzaje informacji, między dwoma oddalonymi stacjami.
Biorąc pod uwagę rodzaj transmitowanych sygnałów oraz sposób wykorzystania łącza
telekomunikacyjnego mamy:
–
łącza analogowe, w których transmitowane są sygnały ciągłe, okresowe najczęściej
o ograniczonym widmie częstotliwości,
–
łącza cyfrowe, w których transmitowane sygnały mają postać znaków zapisanych
w postaci liczb binarnych,
–
łącza dzierżawione (dwu lub czteroprzewodowe), przeznaczone do bezpośredniego
połączenia odległych urządzeń komunikacyjnych i zarezerwowane do stałego użytkowania
przez konkretnych abonentów,
–
łącza komutowane, zestawiane automatycznie pomiędzy dwoma abonentami, zwykle
dwuprzewodowe przeznaczone do transmisji dwukierunkowej, najczęściej naprzemiennej,
–
łącza transmisji danych zapewniające przekaz szeregowych sygnałów danych pomiędzy
dwoma stacjami teleinformatycznymi,
–
łącza wielokrotne, dostępne jednocześnie dla wielu użytkowników, przeznaczone do
transmitowania informacji w postaci analogowej (zwielokrotnienie częstotliwościowe) lub
w postaci cyfrowej (zwielokrotnienie czasowe).
Ze względu na szerokość pasma udostępnianego w torach fizycznych wyróżnia się:
–
łącza wąskopasmowe o szerokości pasma transmisyjnego pozwalającego na tworzenie
jednego lub kilku kanałów rozmównych (o przepływności nie przekraczającej 2048 kbit/s),
–
łącza szerokopasmowe o szerokości pasma transmisyjnego pozwalającego na tworzenie
kilkunastu lub więcej kanałów rozmównych (o przepływności przekraczającej 2048
kbit/s),
–
łącza modemowe pozwalające na transmitowanie sygnałów cyfrowych w analogowych
kanałach telefonicznych zarówno dostępu podstawowego jak i grupy pierwotnej.
W normach krajowych i standardach międzynarodowych znormalizowane są wymagania
na podstawowe parametry i charakterystyki łączy z uwzględnieniem rezerwacji łączy dla
pewnych zastosowań takich jak transmisja danych, faksymilowa itp. Należą do nich:
a. tłumienność wynikowa określona dla łączy telefonicznych specjalnej jakości,
podwyższonej jakości i normalnej jakości a mierzona przy częstotliwości odniesienia 1020
Hz,
b. zniekształcenia tłumienności wynikowej w odniesieniu do wartości przy częstotliwości
odniesienia 1020 Hz, które podawane są w postaci wykresu,
c. zniekształcenia późności grupowej w odniesieniu do wartości przy częstotliwości
odniesienia 1020 Hz, które podawane są w postaci wykresu,
d. wahania tłumienności wynikowej przy częstotliwości odniesienia 1020 Hz, które nie
powinny przekraczać wartości ± 3 dB,
e. szumy losowe łącza, zależne od budowy łączy o podziale częstotliwościowym i o długości
łącza przekraczającej 10 000 km, które nie powinny być większe od − 38 dBm0p,
f.
psofometryczna moc szumów, w szczególności w sieci miejscowej, która nie powinna
przekraczać wartości:
–
w akustycznym kanale cyfrowym, niezależnie od długości, 120 pW0p (-65 dBm0p),
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
57
–
w łączu abonenckim (wartość w centrali miejscowej sieci użytku publicznego na
przełącznicy głównej) 500 pW0p (-61 dBm0p),
–
w łączu naturalnym niewzmacnianym międzycentralowym 100 pW0p (-70 dBm0p),
–
w sieci wewnątrzzakładowej - wartość w centrali użytku publicznego na przełącznicy
głównej 600 pW0p (-62 dBm0p).
g. odchylenie częstotliwości wprowadzane przez łącze, które nie powinno przekraczać ± 5
Hz,
h. liczba zakłóceń impulsowych przekraczających wartość − 12 dBm0, które nie powinna
być większa od 18 w ciągu 15 minut,
i.
dla łączy z modulacją PCM wartość minimalna stosunku sygnału do szumu kwantyzacji,
która powinna przekraczać 22 dB,
j.
poziom wszystkich częstotliwości harmonicznych na końcu łącza dla częstotliwości
odniesienia 1020 Hz, który powinien być przynajmniej o 25 dB mniejszy od poziomu
częstotliwości podstawowej,
k. tłumienność przeniku między dwoma dowolnymi torami linii przy mieszaninie
częstotliwości lub przy częstotliwości 1020 Hz, która nie powinna być mniejsza od 65
dB.
Elementy składowe sieci powinny być tak zbudowane, aby wykluczały możliwość
powstawania podwyższonego poziomu szumów w torach. W szczególności powinny
zapewniać:
a. maksymalną ochronę przed zawilgoceniem torów telekomunikacyjnych powodującym
pogorszenie rezystancji izolacji, rozsymetryzowanie i wzrost poziomu szumów,
b. wyeliminowanie złych styków, np. utleniających się styków w szafkach kablowych,
generujących wskutek zjawiska półprzewodnictwa szumy wywołane drganiami styków.
4.8.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania pracy.
1. Jakie
są podstawowe rodzaje łączy stosowane w przewodowych sieciach
telekomunikacyjnych ?
2. Jakie są znormalizowane w normie PN-76/T-05051 na Styk S1 z kanałami telefonicznymi,
podstawowe parametry analogowych łączy telefonicznych trwałych i komutowanych ?
3. Jakie są przedstawione w normie PN-76/T-05051 na Styk S1 z kanałami telefonicznymi,
wymagania na charakterystykę tłumieniową analogowych łączy telefonicznych dostępu
podstawowego ?
4. Jakie są przedstawione w normie PN-76/T-05051 na Styk S1 z kanałami telefonicznymi,
wymagania na charakterystykę opóźnieniową analogowych łączy telefonicznych dostępu
podstawowego ?
4.8.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj pomiar charakterystyki tłumieniowej analogowego łącza telefonicznego
o paśmie przenoszenia 300 do 3400 Hz. Wskaż sposób sprawdzenia poprawności wskazań
miernika poziomu. Pomiary wykonaj w układzie zaproponowanym przez nauczyciela
w instrukcji
Sposób wykonania ćwiczenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
58
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary charakterystyki tłumieniowej analogowego łącza telefonicznego zgodnie
ze wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
–
zestaw badaniowy analogowego łącza telefonicznego,
–
oscyloskop dwukanałowy,
–
miernik poziomu,
–
generator sygnałów sinusoidalnych,
–
instrukcja do ćwiczenia.
Ćwiczenie 2
Wykonaj pomiar charakterystyki opóźnieniowej analogowego łącza telefonicznego
o paśmie przenoszenia 300 do 3400 Hz Pomiary wykonaj w układzie zaproponowanym przez
nauczyciela w instrukcji pomiarowej. Objaśnij zasadę dobierania korektora opóźnieniowego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary charakterystyki opóźnieniowej analogowego łącza telefonicznego
zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
–
zestaw badaniowy analogowego łącza telefonicznego,
–
oscyloskop dwukanałowy,
–
miernik poziomu,
–
generator sygnałów sinusoidalnych,
–
instrukcja do ćwiczenia.
Ćwiczenie 3
Wykonaj pomiar poziomu szumów i zniekształceń nieliniowych analogowego łącza
telefonicznego. Pomiary wykonaj w układzie zaproponowanym przez nauczyciela w instrukcji
pomiarowej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary poziomu szumów i zniekształceń nieliniowych,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
zestaw badaniowy analogowego łącza telefonicznego,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
59
−
oscyloskop dwukanałowy,
−
miernik poziomu,
−
generator sygnałów sinusoidalnych,
−
instrukcja do ćwiczenia.
Twój nauczyciel zadecyduje czy będziesz pracować indywidualnie czy w grupach. Ustali
On również czas na wykonanie każdego ćwiczenia. Przygotuj propozycje rozwiązania zadania
w zeszycie korzystając z odpowiedniej instrukcji do wykonania ćwiczenia. W trakcie
wykonywania ćwiczenia nauczyciel będzie kontrolował na bieżąco sposób przygotowanie
schematu układu pomiarowego, sposób dobrania odpowiednich przyrządów pomiarowych,
umiejętność przygotowania tabel do notowania wyników pomiarów oraz umiejętność
przedstawiania na wykresach otrzymanych rezultatów. Po upływie czasu wyznaczonego przez
nauczyciela wybrani uczniowie zaprezentują opracowane przez zespól wyniki pomiarów
i otrzymają ocenę Podczas oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:
–
zaproponowany schemat układu pomiarowego z zachowaniem warunków dopasowania
impedancyjnego,
–
poprawność zastosowanych symboli i oznaczeń na schematach,
–
umiejętność wykonywania połączeń i wyszukiwania ewentualnych błędów w połączeniach,
–
poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania.
4.8.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) wymienić rodzaje analogowych łączy telefonicznych
2) opisać wymagania dotyczące wielkości zniekształceń tłumieniowych łącza
telefonicznego analogowego ?
3) wymienić dopuszczalne wartości zniekształceń nieliniowych dla sygnałów
w analogowych łączach telefonicznych ?
4) opisać wymagania dotyczące wielkości zniekształceń opóźnieniowych
łącza telefonicznego analogowego ?
5) wykonać pomiar poziomu sygnału szumu i stosunku sygnału do sygnału
szumu ?
6) opisać metodę pomiaru zakłóceń impulsowych występujących w łączu
analogowym ?
7) opisać
metodę
pomiaru
widma
sygnałów
przekazywanych
w analogowych łączach telefonicznych ?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
60
4.9. Konserwacja i lokalizacja uszkodzeń w torach kablowych
4.9.1. Materiał nauczania
Konserwację linii kablowych można podzielić na
−
konserwację zapobiegawczą,
−
konserwacje doraźną,
−
remonty.
Pod pojęciem konserwacji bieżącej należy rozumieć wykonywanie przez służby
eksploatacyjne czynności profilaktycznych i drobnych napraw, do których należą:
−
obchody i objazdy tras kabla,
−
przegląd obiektów i urządzeń kablowych,
−
pomiary elektryczne, okresowe kabli,
−
przegląd urządzeń kontroli ciśnieniowej,
−
przegląd urządzeń ochrony przed korozją,
−
usuwanie stwierdzonych podczas przeglądów usterek i uszkodzeń,
−
przebudowy na krótkich odcinkach tras kabla.
Konserwacja doraźna to przeglądy tras kabla i urządzeń oraz usuwanie usterek
wykonywane nieplanowo, np. po powodzi. W ramach konserwacji doraźnej wykonuje się
również niektóre pomiary elektryczne toru kablowego np. pomiar rezystancji izolacji, pomiar
charakterystyki przenoszenia
Remonty wykonywane są zgodnie z planem i dotyczą zaplanowanego zakresu prac.
Przeglądy okresowe kabli i urządzeń kablowych są planowane na roczny okres czasu. W tym
czasie powinny być skontrolowane wszystkie elementy sieci takie jak: kanalizacja kablowa,
szafki, puszki i skrzynki kablowe, instalacje abonenckie dokładny zakres czynności
wchodzących w skład przeglądów określają instrukcje zakładowe.
Okresowe pomiary parametrów elektrycznych torów kablowych znacznie ułatwia
stosowania specjalnych testerów kablowych. Testery kablowe przeszły bodajże największą
transformację w metrologii telekomunikacyjnej: od prostych i uniwersalnych przyrządów
pomiarowych do testerów kablowych o cechach oferowanych we współczesnych analizatorach
sieciowych nowszej generacji. Nadal co kilka lat powstają kolejne generacje przenośnych
mikroprocesorowych urządzeń do sprawdzania parametrów i charakterystyk sieci kablowych -
coraz mniejszych i lżejszych, ale wyposażonych w znacznie więcej funkcji pomiarowych.
Olbrzymia różnorodność testerów kablowych wynika z adaptacji ich funkcji do konkretnych
potrzeb testowych sieci i ciągłego wzrostu wymagań odnośnie mierzonych parametrów linii
przesyłowych (kategorie, przepływności, przesłuchy, stopień obciążenia linii, warunki zasilania,
zakres temperatur pracy, współpraca z systemem komputerowym i inne).
Testery okablowania umożliwiają pomiar następujących parametrów przewodowych
torów telekomunikacyjnych:
−
stałoprądowa rezystancja jednostkowa żył kablowych [
Ω
/km],
−
rezystancja izolacji [M
Ω
/km],
−
impedancja wejściowa i wyjściowa Z
0
(50,75, 100, 115,150, 600 itp. [
Ω
]),
−
pojemność jednostkowa (charakterystyczna) [ok. 17 - 20 pF/km] dla każdej pary,
ograniczająca maksymalne częstotliwości transmitowanych sygnałów analogowych lub
maksymalną szybkość [bit/s] transmisji sygnałów cyfrowych,
−
indukcyjność jednostkowa toru [
µ
H/km] dla każdej pary,
−
tłumienność [dB] w określonym paśmie częstotliwości,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
61
−
opóźnienia - czas propagacji,
−
bezwzględnej wielkości odbieranego poziomu sygnału,
−
występowania przesłuchów, a zwłaszcza przeniku zbliżnego NEXT w telefonicznych
kablach wieloparowych;
−
poziomu innych zakłóceń zewnętrznych.
W praktyce występuje bardzo wiele różnego rodzaju uszkodzeń w telekomunikacyjnych
torach kablowych, a do najczęstszych należą:
–
zwarcia między żyłami lub żyłą a ekranem - galwaniczne lub z rezystancją przejścia R
p
,
–
przerwy w torach kablowych (czyste lub z rezystancją),
–
przeniki sygnałów między torami zbliżne i zdalne,
–
zawilgocenia, wgniecenia mechaniczne,
–
uszkodzenia korozyjne,
–
uszkodzenia mechaniczne,
–
uszkodzenia wynikłe z wadliwego montażu kabla,
–
uszkodzenia wynikłe z wadliwej konstrukcji kabla,
–
uszkodzenia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi i oddziaływaniem linii
elektroenergetycznych,
–
uszkodzenia przemijające np. na skutek drgań,
W zależności od rodzaju uszkodzenia należy stosować odpowiednie przyrządy
pomiarowe i metody lokalizacji uszkodzeń w torach kablowych, zapewniające odpowiednią
dokładność i minimalizację strat eksploatacyjnych. Możliwa jest:
a) identyfikacja par kablowych przy pomocy urządzenia do identyfikacji par kablowych
Urządzenie składa się z miniaturowego generatora sinusoidalnych sygnałów testujących
o poziomie ok. 0 dBm i częstotliwości leżącej w zakresie od 900 do 1100 Hz oraz
z miniaturowego odbiornika sygnałów pomiarowych. Nadajnik zapewnia wysyłanie
sygnałów identyfikacji a odbiornik umożliwia określenie stanu technicznego linii,
b) lokalizacja uszkodzeń izolacji przewodów i wyszukiwanie połączeń przewodów z ziemią
(doziemień) albo połączeń przewodów między sobą dla krótkich odcinków kabli przy
pomocy mostka prądu stałego Murraya,
c) lokalizacja uszkodzeń izolacji przewodów i wyszukiwanie połączeń przewodów z ziemią
(doziemień) albo połączeń przewodów między sobą dla długich odcinków kabli przy
pomocy mostka prądu stałego Varleya,
d) lokalizacja uszkodzeń elektrycznych przewodowych linii telekomunikacyjnych przy
pomocy reflektometru do kabli przewodowych,
REFLEKTOMETR, impulsowy lokalizator uszkodzeń linii przewodowych to przyrząd, który
nadaje krótkie, dokładnie kalibrowane impulsy elektryczne i mierzy parametry impulsów
odbitych od jakichkolwiek niedopasowań impedancyjnych występujących w torze
przewodowym. Nadawane krótkie impulsy napięciowe lub prądowe, o szerokości nastawianej
przez operatora, posiadają najczęściej kształt prostokątny i stanowią, zgodnie z teorią
Fourier’a, sumę składowych napięć sinusoidalnie zmiennych o częstotliwościach będących
wielokrotnością częstotliwości powtarzania impulsów z jednoczesnym uporządkowaniem
swych amplitud i faz początkowych. Impuls jako całość może być dokładnie odtworzony
w odbiorniku jeżeli wszystkie jego składowe zostaną odebrane w takiej samej “konfiguracji” w
jakiej zostały nadane. W przypadku braku dopasowania elektrycznego w linii
telekomunikacyjnej odebrane, odbite, składowe mają inne uporządkowanie.
Zasada działania reflektometru: Z teorii przewodzenia wynika że napięcie zmienne
przemieszcza się wzdłuż przewodu z prędkością określoną wzorem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
62
]
[
]
[
1
]
[
km
F
C
km
H
L
s
km
v
•
=
gdzie L - indukcyjność na kilometr
C - pojemność na kilometr
Ponieważ prędkość przemieszczania się sygnału zmiennoprądowego nie zależy od
częstotliwości, to wszystkie składowe (harmoniczne) impulsu przemieszczają się z tą samą
prędkością wzdłuż przewodowej linii transmisyjnej. Dla celów wyznaczania miejsc uszkodzeń
podaje się połowę szybkości rozchodzenia się sygnałów. Sygnał odbity od miejsca
niedopasowania nazywa się echem. Jeżeli impuls nadany z nadajnika odbije się od miejsca
uszkodzonego to powróci z powrotem do nadajnika po czasie określonym wzorem:
]
[
]
[
2
]
[
s
m
v
m
s
s
T
e
µ
µ
=
s - odległość miejsca uszkodzenia
v - prędkość rozchodzenia się sygnałów
Jeżeli w tor będzie wysyłany impuls napięcia o amplitudzie U
1
, to w przypadku wystąpienia
w torze niejednorodności impuls zostanie odbity z amplitudą
1
1
2
rU
U
Z
Z
Z
Z
U
f
f
=
+
−
=
przy czym:
r – współczynnik odbicia;
Z
f
– impedancja falowa toru
Z – wartość impedancji w miejscu wystąpienia niejednorodności.
Impuls odbity będzie miał zawsze amplitudę zmniejszoną w porównaniu z impulsem
wysyłanym, gdyż nawet dla r = 1 należy uwzględnić tłumienność toru. W odbiorniku dokonuje
się pomiaru wielkości odbieranych impulsów i czasu, po którym impuls został odebrany. Na tej
zasadzie wyznacza się charakterystykę tłumienia wnoszonego przez tor w funkcji odległości.
Pomiar odległości w metodach impulsowych lokalizacji uszkodzeń sprowadza się do
określenia czasu potrzebnego na powrót impulsu odbitego do miejsca wysłania impulsu. Przy
znanej prędkości rozprzestrzeniania się impulsu wzdłuż toru czas ten jest miarą odległości od
miejsca odbicia, a więc miejsca uszkodzenia. Prędkość ta wynosi średnio dla torów
teletransmisyjnych ok. 250000 km/s. Jest to tzw. prędkość fazowa wyrażana stosunkiem
pulsacji do przesuwności. Jeżeli oznaczy się szukaną odległość od miejsca uszkodzenia przez
l
x
, zaś wyżej określoną prędkość przez
ν
, to zależność wyrazi się wzorem:
ν
x
l
t
=
'
przy czym t’ – czas potrzebny na przebycie drogi l
x
.
Ponieważ impuls przebywa tę drogę dwukrotnie (w obu kierunkach, czas potrzebny na
przebycie całej drogi jest dwukrotnie większy, czyli
ν
x
l
t
t
2
'
2
=
−
Stąd odległość (w km) od miejsca uszkodzenia jest równa:
t
l
x
2
ν
=
Prędkość wyraża się w tym przypadku w km/s, czas zaś w sekundach. Przy znanej
prędkości dla danego rodzaju toru odległość jest prostą funkcją czasu.
Nowoczesny reflektometr posiada dodatkowo:
–
możliwość testowania dwóch żył dla pomiarów porównawczych,
–
filtry uśredniające,
–
pomiar poziomu napięcia w funkcji długości toru telekomunikacyjnego,
–
możliwość automatycznego pomiaru tłumienności przeniku,
–
możliwość lokalizacji uszkodzeń o dużej rezystancji,
–
porty do współpracy z komputerem.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
63
4.9.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są uszkodzenia torów przewodowych w zależności od przyczyn ich powstawania?
2. Jakie są przyczyny mechanicznych uszkodzeń torów kablowych?
3. W jaki sposób możemy zlokalizować przerwy w żyłach kablowych?
4. W jaki sposób możemy zlokalizować upływność (uziemienie) żył kablowych?
5. Jakie są rodzaje pomiarów, które są wykonywane podczas okresowych kontroli linii
przewodowych?
6. Jak działa i jakie ma zastosowanie reflektometr dla linii przewodowych?
4.9.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Przeprowadź pomiary rezystancji żył torów kablowych przy pomocy mostka prądu
stałego. Pomiary wykonaj w układzie zaproponowanym przez nauczyciela w instrukcji
pomiarowej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary rezystancji żył torów kablowych,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
–
zestaw badaniowy linii kablowej,
–
mostka prądu stałego,
–
instrukcja do ćwiczenia.
Ćwiczenie 2
Przeprowadź pomiary rezystancji izolacji żył dla przygotowanego odcinka kabla przy
pomocy miernika rezystancji izolacji. Pomiary wykonaj w układzie zaproponowanym przez
nauczyciela w instrukcji pomiarowej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary rezystancji izolacji żył,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
–
zestaw badaniowy linii kablowej,
–
miernik rezystancji izolacji,
–
instrukcja do ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
64
Ćwiczenie 3
Przeprowadź pomiary charakterystyki tłumieniowej dla przygotowanego odcinka kabla
przy pomocy reflektometru do łączy przewodowych. Podczas rozwiązywania zadania
skorzystaj z instrukcji reflektometru. Pomiary wykonaj w układzie zaproponowanym przez
nauczyciela w instrukcji pomiarowej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego,
2) wykonać pomiary charakterystyki tłumieniowej przy pomocy reflektometru,
3) zanotować i opracować wyniki pomiarowe,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
–
zestaw badaniowy linii kablowej,
–
miernik rezystancji izolacji,
–
instrukcja do ćwiczenia.
W trakcie wykonywania ćwiczenia nauczyciel będzie kontrolował na bieżąco sposób
wypełniania tabel do notowania wyników pomiarów. Po upływie czasu wyznaczonego przez
nauczyciela wybrani uczniowie zaprezentują wyniki pomiarów i otrzymają ocenę Podczas
oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:
–
prawidłowy dobór parametrów i warunków pomiarów pozwalających na lokalizacje
uszkodzenia toru kablowego
–
poprawną analizę uzyskanych rezultatów i wyciąganie wniosków dotyczących
wykrywanych niesprawności
4.9.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wskazać dokumenty, w których znajdują się wymagane parametry torów
przewodowych ?
2) wymienić rodzaje konserwacji wykonywanych dla łączy przewodowych ?
3) opisać czynności wykonywane przez służby eksploatacyjne w ramach
konserwacji bieżącej łączy przewodowych ?
4) opisać czynności wykonywane przez służby eksploatacyjne w ramach kontroli
okresowej łączy przewodowych ?
5) wymienić jakie parametry przewodowych torów telekomunikacyjnych można
mierzyć przy pomocy testerów okablowania ?
6) opisać metodę pomiaru poziomu sygnału szumu i stosunku sygnału do sygnału
szumu ?
7) opisać metodę pomiaru impedancji dopasowania i tłumienności asymetrii ?
8) wykonać pomiar rezystancji żył i rezystancji izolacji torów kablowych ?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
65
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Przeczytaj uważnie instrukcję.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
6. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
7. Test zawiera 30 zadań dotyczących ,,Montażu i eksploatacji sieci i urządzeń transmisji
światłowodowej”. Zadania: (od 1 do 18) są zadaniami, w których tylko jedna odpowiedź
jest prawidłowa, zadania: (19 do 30) to zadania, wymagające krótkiej odpowiedzi lub
odpowiedzi opisowej.
8. Na rozwiązanie wszystkich zadań masz 60 minut. Zadania oznaczone gwiazdką mogą
sprawić Ci trudność. Jeśli początkowo wydadzą Ci się trudne, to spróbuj je rozwiązać
wówczas, gdy zostanie Ci jeszcze wolny czas po rozwiązaniu zadań łatwiejszych.
9. W pytaniach wymagających wyboru odpowiedzi, zaznacz prawidłową odpowiedź znakiem
X zrobionym na literze a), b), c) lub d). W przypadku pomyłki błędną odpowiedź zaznacz
kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową,
10. Zadania 19 – 30 wymagają wpisania w miejsce kropek
−
odpowiedzi na zadane pytania,
−
wyrazów uzupełniających definicje, określenia i wzory
11. W pytaniach z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole,
12. W zadaniach opisowych, wpisz krótką charakterystykę w wyznaczone pole.
13. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
Powodzenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
66
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
Część I
1. W jakich jednostkach mierzymy zniekształcenia nieliniowe sygnałów elektrycznych
a) w decybelach,
b) w woltach,
c) w procentach,
d) liczbach (jednostka niemianowana).
2. Wybierz przyrząd pomiarowy, którym można zmierzyć zniekształcenia nieliniowe sygnału
elektrycznego:
a) reflektometr,
b) multimetr cyfrowy,
c) selektywny miernik poziomu,
d) oscyloskop.
3. Poziom na wyjściu linii obciążonej impedancją dopasowania 600 Ω wynosi − 10dBm O
ile zmieni się poziom na wyjściu linii, jeżeli odłączymy obciążenie…..
a) o + 3 dB,
b) o + 6 dB,
c) o – 3 dB,
d) o – 6 dB.
4. Teletransmisja w przewodowym kanale transmisyjnym to:
a) przesyłanie sygnałów,
b) przetwarzanie sygnałów,
c) gromadzenie sygnałów,
d) komutacja sygnałów.
5. Szerokość pasma analogowego kanału telefonicznego wynosi:
a) (0,1 - 2,7) kHz,
b) (0,3 - 3,4) kHz ,
c) (1,0 - 6,0) kHz,
d) (0,1 - 10,0) kHz.
6. O jakości przekazywania informacji decyduje:
a) moc szumu w przewodowym kanale transmisyjnym,
b) stosunek mocy sygnału użytecznego do mocy szumu,
c) moc sygnału użytecznego w przewodowym kanale transmisyjnym,
d) żadna z wymienionych wielkości.
7. Sygnał odebrany w przewodowym kanale transmisyjnym jest:
a) taki sam jak sygnał nadany w przewodowym kanale transmisyjnym,
b) ilorazem sygnału nadanego i szumu w przewodowym kanale transmisyjnym,
c) sumą sygnału nadanego i szumu w przewodowym kanale transmisyjnym,
d) iloczynem sygnału nadanego i szumu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
67
8. Wiadomość odtworzona w przewodowym kanale transmisyjnym jest:
a) identyczna z wiadomością nadaną,
b) niezależna od poziomu szumu w kanale,
c) zależna od poziomu szumu w kanale,
d) nieokreślona.
9. Miarą jakości transmisji w systemach cyfrowych jest:
a) elementowa stopa błędu,
b) moc sygnału odebranego,
c) poziom szumu w kanale,
d) moc sygnału nadanego.
10. Kanał sprzężenia zwrotnego w kanale transmisyjnym służy do przesyłania:
a) dodatkowych informacji,
b) informacji telemetrycznych,
c) potwierdzeń i próśb o retransmisję,
d) stanowi rezerwę.
11. Dobór częstotliwości próbkowania przetwarzanego na postać cyfrową sygnału
analogowego jest związany z:
a) rodzajem toru transmisyjnego,
b) maksymalną rejestrowaną częstotliwością sygnału,
c) minimalną rejestrowaną częstotliwością sygnału,
d) poziomem zakłóceń.
12. Stosunek mocy sygnału do mocy szumu kwantyzacji (S/N) wyrażony w decybelach dla
przetwarzania PCM z długością słowa n bitów można oszacować na podstawie zależności:
a) ilości bitów w słowie wyjściowym i rodzaju zastosowanego kodu,
b) częstotliwości sygnału wejściowego,
c) częstotliwości próbkowania sygnału wejściowego,
d) czasu trwania próbki sygnału próbkującego.
13. Kodowanie protekcyjne stosowane w cyfrowych systemach transmisyjnych ma na celu:
a) zmniejszenie ilości bitów w transmitowanym sygnale,
b) zmniejszenie pasma transmitowanego sygnału,
c) zmniejszenie poziomu szumu,
d) wykrywanie i/lub korygowanie błędów.
14. Przepływność binarna telefonicznego kanału cyfrowego wynosi:
a) 30 kb/s,
b) 180 kb/s,
c) 8 kb/s,
d) 64 kb/s.
15. Dostęp podstawowy w cyfrowej sieci z integracją usług (ISDN) to:
a) 10B + D,
b) B + 2D,
c) 30B + D,
d) 2B + D.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
68
16. W cyfrowych wielokrotnych systemach telefonicznych (w plezjochronicznej hierarchii
cyfrowej - PDH) stosuje się zwielokrotnienie:
a) częstotliwościowe,
b) falowe,
c) z podziałem czasu,
d) kodowe.
17. Uzupełnienie bitowe stosowane w transmisyjnych systemach cyfrowych to
a) operacja na bitach wykonywana w czasie kompandorowania,
b) operacja na bitach pozwalająca na wyrównanie szybkości transmisji w procesie
zwielokrotniania,
c) operacja na bitach pozwalająca na wykrywanie błędów w transmitowanych
sygnałach,
d) operacja na bitach pozwalająca na uzyskanie synchronizacji odbiornika
z nadajnikiem.
18. W synchronicznych systemach transmisyjnych (SDH) moduł transportowy STM-1 ma
przepływność binarną równą:
a) 100 Mb/s,
b) 34 Mb/s,
c) 155,52 Mb/s,
d) 8,448 Mb/s.
Część II
19. Podpisz właściwe nazwy pod zamieszczone poniżej symbole graficzne zgodne z ZN-96
TPSA-027 pt. „Telekomunikacyjne sieci miejscowe Złączki rur Wymagania i badania”
centrale telefoniczną, puszkę kablową, szafkę kablową, aparat telefoniczny
…………………….
………………………
…………………..
20. Podaj określenia parametrów, które są miarą jakości transmisji sygnałów cyfrowych w
kanale przewodowym są:
a) zniekształcenia izochroniczne ……………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………
b) elementowa stopa błędów …………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
21. Podaj praktyczną interpretacje twierdzenia o próbkowaniu w odniesieniu do kodowania
PCM ……………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………..
22. Wyjaśnij znaczenie bitów w szczelinie zerowej ramki systemu PCM 30/32
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….
23. Ile wieloramek systemu PCM30/32 przesyła się w jednej sekundzie ……………….
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
69
24. Ile bitów na sekundę trzeba wytworzyć w koderze PCM aby odwzorować w postaci
cyfrowej napięcie stałe o wartości 0,25 V (uzasadnij swoją odpowiedź) ………..
25. Narysuj sygnał cyfrowy transmitowany w linii w kodzie 2B1Q i opisz jego
charakterystyczne cechy
26. Wymień czynniki określające zasięg transmisji sygnałów cyfrowych w torach
przewodowych
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
27. Aby sprawdzić czy linia przewodowa , symetryczna wykonana została poprawnie (czy nie
ma przerw w przewodach) należy zmierzyć ............. przy pomocy przyrządu
..........................
28. Aby sprawdzić czy w linii przewodowej, symetrycznej nie występują zwarcia należy
zmierzyć
.............................
przy
pomocy
przyrządu
..........................................................
29. Charakterystykę przenoszenia kanału transmisyjnego mierzymy w następujący sposób:
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
30. Zakłócenia występujące w przewodowej linii transmisyjnej to: ...................................
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
70
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko..........................................................................................
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej
Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakujące części zdania lub wykonaj rysunek
.
Nr zadania
Odpowiedź
Punkty
1
a
b
c
d
2
a
b
c
d
1
a
b
c
d
4
a
b
c
d
5
a
b
c
d
6
a
b
c
d
7
a
b
c
d
8
a
b
c
d
9
a
b
c
d
10
a
b
c
d
11
a
b
c
d
12
a
b
c
d
13
a
b
c
d
14
a
b
c
d
15
a
b
c
d
16
a
b
c
d
17
a
b
c
d
18
a
b
c
d
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
71
6. LITERATURA
1. Dudziewicz J.: Pomiary Teletransmisyjne. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności
Warszawa Wydanie 1 1982 r.
2. Izydorczyk J., Płonka G., Tyma G.: Teoria sygnałów (teoria, przykłady, zadania). Helion
Gliwice 1999
3. Kula S.: Systemy transmisyjne. Wydawnictwa komunikacji i Łączności Warszawa 2004 r.
4. Norma zakładowa ZN-96 TPSA-027 TELEKOMUNIKACJA POLSKA S.A.
Telekomunikacyjne sieci miejscowe Złączki rur Wymagania i badania
5. Norma zakładowa ZN-96 TPSA-028 TELEKOMUNIKACJA POLSKA S.A. Polskie
telekomunikacyjne sieci miejscowe Tory kablowe abonenckie i międzycentralowe
Wymagania i badania
6. Norma PN-76/T-05051 ark.03 Styk S1 z kanałami lub łączami telefonicznymi
7. Podstawy transmisji danych – praca zbiorowa pod kierunkiem doc. Dr. Inż. Zenona
Barana Wydawnictwa Komunikacji i Łączności Warszawa 1982
8. Read R.: Telekomunikacja. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności Warszawa Wydanie
1 2000 r.
9. Szczerski R.: Lokalizacja uszkodzeń kabli i wybrane badania eksploatacyjne linii
kablowych. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa 1999 r.
10. VADEMECUM TELEINFORMATYKA I (książkowe) Praca zbiorowa IDG Poland
S.A. Warszawa 1999 Sieci komputerowe, telekomunikacja, instalatorstwo
11. VADEMECUM TELEINFORMATYKA II Praca zbiorowa IDG Poland S.A. Warszawa
2002 sieci nowej generacji, technologie internetowe, metrologia sieciowa
12. VADEMECUM TELEINFORMATYKA III Praca zbiorowa IDG Poland S.A.
Warszawa 2004 Komunikacja mobilna, bezpieczeństwo, technologie i protokoły sieciowe
13. Zagrobelny T.: Urządzenia teletransmisyjne. WSiP, Warszawa 1996
14. Net World - czasopismo Wydawnictwo IDG Poland S.A. Warszawa roczniki 2000-
2005
15. Katalog ELFA 53 ROK 2005 - ELFA Polska Sp. Z o.o. Warszawa ul. Ogrodowa 58