Implementarea DE Lucrari DE Laborator CU Echipamentul Pentru Studiul Transmisiilor Telefonice Numerice 58 001

CUPRINS:

Introducere …………………………………………………………..……. 4

Transmisiuni cu modulația impulsului în cod ………………………………… 6

Introducere …………………………………………………………. 6

Eșantionarea ………………………………………………..………. 7

Cuantizarea ………………………………………………….……… 10

Compandarea …………………………………………………..…. 12

Codarea ……………………………………………………..…..…. 13

Multiplexarea …………………………………………….……..… 14

Multiplexul PCM primar …………………………..…………..… 15

Terminalul telefonic ………………………………………………………. 17

Introducere ………………………………………………….…..… 17

Realizarea interfețelor analogice de abonat ……………………… 18

Circuitul de interfață cu linia de abonat ………………………… 22

Teknikit Telephony Training System ……………………………………. 24

Sisteme de inițiere în telefonie cu software Discovery ………….. 24

Folosirea software-ului …………………………………………… 25

Echipamentul pentru studiul transmisiilor telefonice 58-001 .…. 26

Lucrări practice ……………………………………………………….….. 31

Eșantionarea ………………………………….…………………… 31

Compandarea și filtrarea ……………………….………………… 42

Semnalizarea DTMF …………………………….………….……… 57

Circuite de trecere de la 2 la 4 fire ……………….………….…… 65

Testarea automată ……………………………….……………..… 71

Bibliografie ……………………………………………..………………… 75

Subsemnata Anca BECA declare pe proprie răspundere că lucrarea de față este rezultatul muncii mele, pe baza cercetărilor mele și pe baza informațiilor obținute din surse ce au fost citate și indicate conform normelor etice, în note și în bibliografie. Declar că lucrarea nu a mai fost prezentată sub această formă la nici o instituție de învățământ superior în vederea obținerii unui grad sau titlu științific ori didactic.

Semnătura autorului

Introducere

Familiarizarea cu orice tehnică modernă de telecomunicații presupune, pe lângă dobândirea de informații teoretice, si executarea de experimente și implementarea de aplicații practice folosind echipamente dedicate. Astfel, înțelegerea fenomenelor ce stau la baza transmiterii informației devine completă si competentă.

Lucrarea de față se prezintă ca un studiu al metodelor de realizare a unei transmisii cu modulația impulsurilor în cod(PCM) și a circuitelor ce constituie terminalul telefonic și interfața cu linia telefonică, plecând de la o bază teoretică generală, folosind echipamentul pentru studiul transmisiilor telefonice numerice 58-001.

În ce privește situarea PCM in ierarhia cronologică a tehnicilor de transmitere a informației este evident ca aceasta este încadrată de mult timp în categoria „de uz general”. Tocmai din acest motiv, aprofundarea acestei tehnici este un pas mandatoriu pentru toți cei interesați în acest domeniu.

Odată cu răspândirea pe scară largă a echipamentelor dedicate studiului transmisiilor telefonice, se pune problema utilizării lor la potențial maxim (ideal) sau cât mai ridicat (realizabil).

Un astfel de echipament este si „Echipamentul pentru studiul transmisiilor telefonice numerice 58-001”, care pune la dispoziția utilizatorului două plăci de lucru.

Placa de lucru pentru studiul terminalului telefonic și a circuitului de interfață la linia de abonat, permite studiul:

Circuitele de semnalizare;

Circuitele de vorbire;

Funcțiile circuitului de interfață la linia de abonat;

Semnalizarea prin cod multi-frecvență sau DTMF;

Circuitul de trecere de la două la patru fire;

Testarea.

Placa de lucru pentru studiul principiilor TDM și PCM este utilizată pentru a pune in evidență modalitatea de realizare, pas cu pas, a semnalului PCM, configurația sa, avantajele și dezavantajele, problemele ce pot apare la utilizarea sa. Ea permite studiul:

Eșantionarea;

Multiplexarea (TDM);

Modularea impulsurilor în cod (PCM);

Compandarea;

Filtrarea vorbirii;

Transmisia PCM;

Multiplexul PCM conform standardului CEPT;

Multiplexul PCM conform standardului T1.

Dintre aceste posibile aplicații, se dezvoltă în această lucrare doar o parte din ele.

Aplicația de eșantionare urmărește înțelegerea conceptului de eșantionare, a regulilor ce trebuie respectate pentru a se face o eșantionare corectă și pentru a se putea reconstitui semnalul original din eșantioanele sale. De asemenea se face o analiză spectrală a semnalului eșantionat și a celui reconstruit pentru a se evalua calitatea acestuia. Se studiază efectul erorilor de aliere și ale interferențelor asupra performanțelor eșantionării.

Aplicația de compandare și filtrare a semnalului eșantionat urmărește analiza limitărilor conversiei liniare aplicată semnalului vocal și înțelegerea compandării și a necesității folosirii ei. Se studiază de asemenea și eliminarea erorilor de aliere prin filtrarea trece bandă a semnalului înainte de prelucrarea sa.

Aplicația de studiu a semnalizării DTMF (Dual Tone Multi Frequency) urmărește înțelegerea funcționării sistemului de semnalizare DTMF folosit în sistemul de telefonie și aprecierea avantajelor acestuia în comparație cu metoda de semnalizare prin impulsuri lipsă de curent.

Aplicația de studiu a circuitelor de trecere de la 2 la 4 fire urmărește înțelegerea utilității circuitelor de transformare de la 2 la 4 fire și testarea proprietăților și performanțelor acestora.

Aplicația de testare automată urmărește determinarea prin experiment a facilităților de bază oferite de blocul ‚Test desk’ și înțelegerea principiilor de bază folosite pentru testarea sistemelor de telefonie.

Datele experimentale si concluziile trase pot constitui cu succes fondul unei eventuale lucrări de laborator, pentru uzul studenților și nu numai, precum și un punct de plecare in vederea dezvoltării de noi aplicații și experimente cu privire la domeniile de interes mai sus menționate.

Un ghid de introducere si familiarizare cu tehnica PCM, prin prisma unor lucrări experimentale, lucrarea de față nu face decât să prezinte rezultatul supunerii legilor PCM unor teste practice.

Transmisiuni cu modulația impulsului în cod

Introducere

Modularea impulsurilor în cod (Pulse code modulation – PCM) se bazează pe conversia semnalelor analogice in semnale compatibile cu transmisia digitală, având în general 4 etape : prima etapa constă în transpunerea semnalului electric analogic în impulsuri digitale. A doua etapă o reprezintă codarea acestor impulsuri într-o secvență potrivită pentru transmisie. A treia etapă presupune transmiterea impulsurilor prin mediul de transmisie digital. Etapa finală, a patra, o reprezintă retransformarea acestora, la recepție, în semnalul analogic inițial (sau o aproximare a acestuia).[1]

PCM a fost inventat in anii ’30, dar nu a fost folosit metodic pe scară largă decât abia după 1960, în principal datorită lipsei de tehnologie suficient de avansată. [1]

Pentru a transforma prin PCM un semnal electric analog in semnal electric digital este necesar sa efectuăm: eșantionarea semnalului analog, cuantizarea si codarea semnalelor.

Principiul de realizare a modulației impulsurilor în cod este prezentată în

mod schematic în figura următoare :

Eșantionarea

Un semnal electric analog este, în general, continuu atât în timp cât și în amplitudine. Eșantionarea reprezintă procesul prin care se „rupe” continuitatea in timp a semnalului. In termeni matematici, eșantionarea constă în înlocuirea unei funcții continue în timp prin valorile sale discrete la anumite momente echidistante în timp. [5]

In termeni de electrotehnică, eșantionarea constă în înlocuirea unui semnal electric continuu printr-o succesiune de impulsuri echidistante în timp a căror amplitudine este egală sau proporțională cu amplitudinea semnalului continuu la momentele respective. Aceste impulsuri se numesc eșantioane, iar intervalul de timp T dintre eșantioane este numit perioadă de eșantionare. Inversul perioadei de eșantionare este f=1/T se numește frecvența de eșantionare si este egal cu numărul de eșantioane dintr-o secundă. [8]

Teorema eșantionării arata ca un semnal continuu cu spectrul de frecvențe limitat la o frecvență maximă fM este complet definit de eșantioanele sale daca frecventa de eșantionare este mai mare sau cel puțin egală cu dublul frecvenței fM .

Deci, dacă este îndeplinită condiția :

sau (2.1)

vom putea întotdeauna ca din succesiunea de eșantioane sa refacem printr-un procedeu oarecare un semnal continuu identic cu cel original.

Ne putem ușor explica teorema eșantionării daca vom examina spectrele de frecvență ale semnalului original si semnalului eșantionat. Se observa ca spectrul semnalului eșantionat păstrează o componentă de joasă frecvență identica (dar atenuata) cu spectrul semnalului original , care poate fi separată de restul spectrului printr-o simplă filtrare trece-jos.

Pentru ca filtrarea sa fie posibilă este necesar ca :

, adică (2.2)

astfel încât componenta spectrala de joasă frecvență și prima bandă laterală inferioară să nu se întrepătrundă.

Banda de frecvențe a semnalului telefonic, standardizată pentru telecomunicațiile civile, este cuprinsă între 300 și 3400 Hz. Frecvența de eșantionare trebuie să fie, deci, mai mare decât 6,8kHz. Insa, pentru a nu se impune condiții prea severe filtrului trece-jos de recepție, s-a stabilit și acceptat pe plan internațional ca frecvența de eșantionare pentru telefonie sa fie 8kHz. Rezultă astfel perioada de eșantionare de .

Deci, în urma eșantionării rezultă o secvență de impulsuri modulate în amplitudine, procedeu denumit PAM (Pulse Amplitude Modulation ).

Deoarece durata t, a eșantioanelor este de regula mult mai mica decât perioada de eșantionare, se observa ca timpul rămas disponibil poate fi folosit pentru transmisia simultana a mai multor semnale PAM, pe același circuit fizic. Se realizează astfel multiplexarea in timp a semnalelor analogice.

Semnalul PAM este discontinuu în timp fără a fi un semnal digital, deoarece amplitudinile eșantioanelor acoperă un domeniu continuu, putând lua o infinitate de valori. Este necesară ruperea continuității in amplitudine a semnalului PAM prin cuantizare.

Cuantizarea

Prin procesul de cuantizare domeniul continuu al amplitudinilor semnalului de intrare este transferat într-un domeniu discret de amplitudini, numărul maxim al acestora din urmă fiind dat de numărul de cuvinte de care dispune codul utilizat. Pentru aceasta, domeniul continuu de amplitudini este împărțit într-o succesiune de intervale demarcate de așa numitele niveluri de cuantizare. In centrul fiecărui interval se găsește nivelul de reconstrucție. [8]

Prin cuantizare, valorile eșantioanelor ce acoperă un domeniu continuu sunt rotunjite, in sus sau in jos, la un număr finit de valori discrete. Astfel, toate amplitudinile aflate între două nivele de decizie, primesc valoarea nivelului de reconstrucție respectiv. În momentele de eșantionare, codorul stabilește nivelul cel mai apropiat de amplitudinea semnalului și generează un cuvânt de cod corespunzător. [8]

Spre deosebire de eșantionare, cuantizarea este un proces ce introduce erori.

Semnalul PAM cuantizat este egal cu suma aritmetica dintre semnalul PAM original si un semnal PAM de eroare care la recepție, după filtrarea trece-jos, are caracterul unui zgomot, numit zgomot de cuantizare. Acesta nu are o existență de sine stătătoare, ci însoțește semnalul util, fiind rezultatul direct al distorsiunii de cuantizare pe care o suferă acesta. [7]

Dacă nivelurile de decizie și de cuantizare sunt echidistante, se efectuează o cuantizare uniformă. In acest caz, eroarea de cuantizare se păstrează între și , și prin urmare, raportul semnal pe zgomot (SNR) scade o dată cu creșterea amplitudinii semnalului prelucrat. In cazul cuantizării uniforme, nu se păstrează calitatea semnalului. [4]

Pentru a menține SNR constant, o dată cu creșterea amplitudinii semnalului cuantizat, se practică cuantizarea neuniformă. In acest caz, nivelurile de cuantizare și de decizie nu sunt echidistante. Eroarea este axată, dar nu este constantă ci crește o dată cu semnalul de intrare, ceea ce duce la un SNR constant indiferent de semnalul de intrare.

Zgomotul de cuantizare este inevitabil, însă poate fi menținut la un nivel 8]

Spre deosebire de eșantionare, cuantizarea este un proces ce introduce erori.

Semnalul PAM cuantizat este egal cu suma aritmetica dintre semnalul PAM original si un semnal PAM de eroare care la recepție, după filtrarea trece-jos, are caracterul unui zgomot, numit zgomot de cuantizare. Acesta nu are o existență de sine stătătoare, ci însoțește semnalul util, fiind rezultatul direct al distorsiunii de cuantizare pe care o suferă acesta. [7]

Dacă nivelurile de decizie și de cuantizare sunt echidistante, se efectuează o cuantizare uniformă. In acest caz, eroarea de cuantizare se păstrează între și , și prin urmare, raportul semnal pe zgomot (SNR) scade o dată cu creșterea amplitudinii semnalului prelucrat. In cazul cuantizării uniforme, nu se păstrează calitatea semnalului. [4]

Pentru a menține SNR constant, o dată cu creșterea amplitudinii semnalului cuantizat, se practică cuantizarea neuniformă. In acest caz, nivelurile de cuantizare și de decizie nu sunt echidistante. Eroarea este axată, dar nu este constantă ci crește o dată cu semnalul de intrare, ceea ce duce la un SNR constant indiferent de semnalul de intrare.

Zgomotul de cuantizare este inevitabil, însă poate fi menținut la un nivel suficient de scăzut, cu ajutorul unor măsuri de reducere adecvate, devenind insesizabil pentru urechea umana. [4]

O prima măsură de reducere a zgomotului de cuantizare o reprezintă realizarea unei cuantizări cât mai fine, cu un număr cât mai mare de intervale de decizie si nivele de reconstrucție. Există totuși limite impuse de realizarea economică a echipamentului, realizându-se astfel un compromis : cuantizarea cu 256 de nivele (128 pozitive si 128 negative) adoptată pe plan internațional. [4]

O a doua măsură de reducere a zgomotului de cuantizare o constituie compandarea.

Compandarea

Deoarece in telecomunicații important este in primul rând raportul semnal/zgomot, deci eroarea procentuală, rezultă că in cazul unei cuantizări uniforme semnalele mici vor fi dezavantajate, având un raport semnal/zgomot după cuantizare mult mai mic decât semnalele mari. [4]

Pentru a elimina acest inconvenient, eșantioanele vor trece înaintea cuantizării printr-un dispozitiv numit compresor, care amplifica puternic eșantioanele mici și în mai mica măsură eșantioanele mari, după o caracteristica logaritmică. La recepție este necesar să se efectueze operația inversă, trecând eșantioanele comprimate printr-un bloc de expandare. Operație de compresie urmata de expandarea la recepție au dat denumirea de compandare a procedeului descris. Prin compandare, raportul semnal/zgomot va fi cu atât mai mare cu cât panta în originea axelor de coordonate a caracteristicii compresorului va fi mai mare.

Compresia se face prin eliminarea treptelor nefolosite la cuantizarea neuniformă, rezultând o deformare a semnalului inițial prin amplificarea nivelurilor mici și amplificarea nivelurilor mari. Astfel se păstrează SNR constant și se reduce domeniul semnalului, ceea ce înseamnă o reducere a debitului de informație. [4]

Expandarea este prelucrarea inversă compresiei semnalului transmis, ce constă în atenuarea nivelurilor mici și amplificarea nivelurilor mari. [4]

Pentru obținerea compresiei semnalului cuantizat, se folosesc în practică două legi de compresie logaritmice. In standardul european se folosește legea de compresie A, iar în standardul american, legea de compresie µ.[4]

Legea A de compresie – standard european:

A=87,6 (2.3)

Legea de compresie µ – standard american:

µ=255 (2.4)

In practică, se folosesc aproximări ale acestor legi logaritmice.

Aproximarea cu segmente de dreaptă a legii de compresie A. Se face o compresie pe 8biți, iar pentru aceasta este necesară folosirea a 256 de trepte. Pentru aceasta se obține în fiecare cadran (I si III) câte 8 segmente prin cuantizare neuniformă și fiecare segment e împărțit în 16 trepte prin cuantizare uniformă. Panta unui segment crește de două ori de la un segment la altul (cea mai mică pentru segmentul 7). Segmentele 0 și 1 din ambele cadrane au aceeași pantă, deci cele 4 segmente din jurul originii sunt în prelungire. [4]

Codarea

Prin eșantionare si cuantizare semnalul a fost transformat intr-o succesiune de eșantioane, deci un semnal digital., fiecare eșantion având o valoare dintr-un total de 256 de valori posibile, din care 128 pozitive si 128 negative. Fiecare număr întreg cuprins intre -128 si 128 poate fi transmis cu ajutorul unui cod format din 8 simboluri binare (biți), din care primul exprimă semnul, iar ceilalți 7 exprimă in cod binar valoarea absolută a numărului întreg, cuprinsă între 1 și (0 reprezintă numere negative, iar 1 numere pozitive).

Pentru un eșantion oarecare trebuie transmise semnul și valoarea amplitudinii, aceasta din urmă desemnată printr-un număr întreg cuprins între 0 și 127. Sunt necesare, prin urmare, 8 simboluri binare: primul servește pentru transmiterea semnalului, iar următoarele șapte pentru codarea în binar a amplitudinii.

(2.5)

Cele 8 segmente din fiecare cadran se codează pe 3 biți, bitul 2, 3 și 4. Fiecare segment este împărțit în 16 trepte. Treapta pe care se află semnalul este reprezentată pe 4 biți, ultimii 4 biți din cuvântul de cod. [4]

Segmentul : (2.6)

Treapta : (2.7)

Din semnalul inițial se obține deci, prin cele patru operații – eșantionare, cuantizare, compandare, codare – un semnal PCM cu viteza de :

(2.8)

In practică, compandarea și codarea se realizează printr-un proces unic de prelucrare digitală a semnalului; cuantizarea este și ea intrinsecă acestui proces. Semnalul digital binar obținut urmează să fie transmis prin linie.

Pentru a se obține o regenerare mai ușoară a tactului în repetoarele pe cabluri, se folosesc coduri care conduc la o densitate mare de impulsuri în linie. In standardul american, se folosește pentru aceasta codul binar complementar, iar în standardul european, se folosește inversarea biților pari. [4]

Codul binar complementar este un cod binar natural, în care valoarea tuturor biților este inversată. Inversarea biților pari (ADI) se face prin inversarea fiecărui al doilea bit din codul binar natural. Inversarea biților pari se face numai pentru impulsurile căilor telefonice. In intervalele de sincronizare și de semnalizare nu se face această inversare.

Multiplexarea în timp

Multiplexarea în timp se realizează prin transmiterea simultană a mai multor semnale prin același canal. Multiplexarea se poate face înainte de cuantizarea semnalului, pentru impulsurile MIA (impulsuri modulate în amplitudine).Acestea sunt intercalate pentru transmisia pe un canal comun. Semnalele de eșantionare folosite sunt semnale cu faza impulsurilor decalată astfel ca să asigure eșantionarea semnalelor de transmis în momente de timp diferite. Recepția presupune semnale de eșantionare identice cu cele de la emisie pentru a extrage eșantioane corecte pe fiecare canal. Se impune deci funcționarea sincronizată a emisiei cu recepția. [4]

Prin crearea unor codecuri individuale de cale, cu circuite integrate, multiplexarea poate deveni mai avantajoasă în partea digitală a sistemului. Multiplexarea în partea digitală are avantajul că elimină complet problemele de diafonie și zgomot asociate multiplexării analogice. [4]

Multiplexul PCM primar

Folosind multiplexarea in timp, putem transmite simultan eșantioanele provenind de la mai multe canale care folosesc același suport de transmisie.

Standardul european actual este reprezentat de multiplexarea primara a 30 + 2 canale (30 de canale de telefonie, celelalte doua fiind folosite pentru transmiterea informațiilor de semnalizare si sincronizare). Din perioada de eșantionare de fiecărui canal telefonic îi revine un interval de: pentru transmiterea eșantionului corespunzător. Durata unui bit rezultă ca fiind : . Deci, informația emisă simultan de 30+2 căi poate fi transmisă printr-un canal, sub forma unui semnal digital binar PCM cu viteza de :

(2.9)

In SUA și Japonia sunt răspândite sistemele cu 24 căi. La acestea, în afara celor 24 de intervale mai este prevăzut un bit de sincronizare, astfel încât debitul binar în linie este 1544Mb/s. [4]

Cadrul PCM primar european se numește structura specifică în care se organizează transmisia celor 32 de octeți în timpul de 125µs dintre două eșantionări succesive ale aceleiași căi telefonice. Durata unui cadru primar este de 125µs în care se transmit 32×8=256biți. Cele 32 de intervale ale cadrului sunt numerotate de la 0 la 31. [4]

In intervalul 0 se transmite cuvântul de sincronizare de cadru. Acesta este o succesiune de biți prestabilită, întotdeauna aceeași, pe care multiplexul de emisie o trimite în intervalul zero al fiecărui cadru. La recepție, cuvântul de sincronizare este recunoscut în fluxul digital, marcându-se astfel începutul fiecărui cadru, astfel încât eșantioanele reconstruite să poată fi alocate corect căilor telefonice corespunzătoare. [4]

In intervalele 1÷15 se transmit biții ce codifică binar amplitudinea eșantioanelor luate succesiv de pe căile telefonice 1÷15, iar în intervalele 17÷31, se transmit octeții corespunzători căilor telefonice 17÷31. [4]

Intervalul 16 este folosit pentru transmiterea informației de sincronizare între centralele telefonice. Fiecărei căi telefonice îi sunt alocați 4 biți de semnalizare. Intervalul 16 transmite deci, într-un cadru, semnalizarea pentru două căi telefonice prin biții 1-4 respectiv 5-8. Pe durata a 15 cadre se transmite informația de semnalizare pentru toate cele 30 de căi de voce. Astfel, cadrele PCM se grupează în multicadre formate din 16 cadre PCM notate de la 0 la 15. In cadrul 0, intervalul 16 servește pentru transmiterea informației de sincronizare multicadre, iar intervalele 1-15 pentru transmiterea informației de semnalizare pentru cele 30 de căi telefonice. [4]

La recepție, un demultiplexor va reface din semnalul digital cele 30+2 semnale analogice de frecvența vocală.

Transmisia semnalului PCM între multiplexorul de emisie pană la demultiplexorul de recepție trebuie să se desfășoare astfel încât la recepție acesta să fie identic sau cât mai asemănător cu semnalul emis. Calitatea unei transmisii digitale este determinată de doi parametri: rata erorilor si amplitudinea jitter-ului. [4]

(2.10)

Aceasta este definiția ratei erorilor pentru un interval de timp oarecare.

De regula, o rata a erorilor de este satisfăcătoare în transmisiunile PCM

Terminalul telefonic

Introducere:

Interfață analogică a liniei de abonat, el este proiectat în funcție de tipul de aparat telefonic aflat în exploatare. Aparatul (postul) telefonic, ca instalație proprie a abonatului și capabilă să-i permită desfășurarea unei convorbiri, a evoluat semnificativ de la inventarea sa de către Alexander Graham Bell în anul 1876.O contribuție deosebită la aparatul lui Bell a adus-o Thomas Edison, care a inventat în 1877 microfonul cu cărbune. Datorită costurilor de fabricație scăzute, această invenție a condus la lărgirea ariei de utilizare a telefoniei. Acest tip de microfon mai este utilizat și în prezent, cu foarte mici modificări față de varianta originală. Microfonul este un transductor electro-acustic, ce transformă undele sonore produse de vocea persoanei care vorbește în variații ale curentului electric, care este transmis pe linie. [6]

Restul componentelor funcționale ale unui aparat telefonic :

Receptorul – care asigură conversia semnalelor electrice sosite pe linie în semnale acustice, funcționând deci, ca un transductor electro-acustic. [6]

Circuitul diferențial (transformator cu 3 înfășurări) – care separă, în interiorul aparatului, cele două sensuri de comunicație (calea de transmisie și calea de recepție). Se asigură astfel o bună calitate a recepției, sensibilitatea receptorului nefiind diminuată de curentul continuu de alimentare a microfonului. [6]

Circuitul de echilibrare – care ar trebui să egaleze (echilibreze) impedanța liniei abonatului pentru a atenua transmisia locală de la microfon la receptor (fenomenul de inducție electromagnetică produs între înfășurările transformatorului). Acest ecou, cunoscut ca "efect local”, nu poate fi complet eliminat cu ajutorul componentelor discrete din circuitul de echilibrare, ci doar diminuat, pentru a nu produce o senzație de disconfort în timpul convorbirii. Dar prezența efectului local are și o latură pozitivă: prin "ecoul parazit" orice utilizator poate la nevoie să se asigure de starea de funcționare a propriului aparat. [6]

Tehnicile de semnalizare pe linia de abonat au evoluat și ele în timp.

Începând cu vechile aparate telefonice cu inductor, continuând cu aparatele cu interfața analogica ridicarea furcii este sesizată de circuitul de linie (interfața analogică) prin apariția unui curent prin bucla închisă, iar transmiterea numărului chematului corespunde cu emisia pentru fiecare cifră fie a unei succesiuni de impulsuri "lipsă curent" (codificare zecimală) fie a unei perechi de tonalități distincte (codare DTMF – Dual Tone MultiFrequencies). [6]

In cazul codării zecimale a adresei abonat, caracteristicile impulsurilor folosite pentru codificarea zecimală a adresei sunt :

Tabel 3.1 Caracteristicile impulsurilor folosite pentru codificarea zecimală a adresei

Acționarea tastaturii cu comandă în frecvențe –cazul aparatelor ulterioare – are ca efect transmiterea pe linie pentru fiecare cifră a două frecvențe vocale de valori nominale și de niveluri de putere precizate de normative internaționale (codificare DTMF). Transmisia de acest fel este mai avantajoasă, fiind mai rapidă, mai bine protejată la perturbații și se execută într-un interval de timp constant (pentru o lungime dată a adresei), care nu depinde de calitatea cifrelor din adresă. [6]

Generațiile recente de echipamente de telecomunicații, numerice, ce lucrează cu informația in format digital, introduc tehnici noi. Pentru a putea fi acceptate spre prelucrare sau transfer în sistemele de transmisie și comutație digitală, semnalele analogice trebuie să fie convertite într-o formă numerică. Conversia, respectiv reconversia la forma analogică se realizează printr-o operație de modulare, respectiv demodulare numerică. Operațiile de modulare și demodulare numerică se rezolvă prin intermediul unor dispozitive numite CODEC-uri. În cazul în care liniile de transmisie sunt analogice, aceste circuite sunt montate în interfețele sistemelor de comutație numerică, iar în cazul rețelelor ISDN, unde tehnicile digitale au integrat comutația și transmisia, codecurile sunt localizate în terminalele clienților.

Realizarea interfețelor analogice la linia de abonat

Schema bloc de principiu a unui comutator numeric este prezentată în figura 3.1 .

Însă o interfață analogică trebuie să satisfacă și alte cerințe, care nu sunt specificate în abrevierea BORSCHT, dintre care cele mai importante sunt: disponibilitatea (fiabilitatea) interfeței și consumul de putere al interfeței. [9]

Se observă că traficul de intrare, compus din diferite semnale analogice, este mai întâi concentrat și oferit apoi etajului de comutație, în vederea stabilirii legăturilor solicitate. Diversele funcții BORSCHT sunt repartizate între etajele A și B. [9]

Primul comutator numeric comercial a folosit, în cadrul etajului de concentrare, utiliza relee cu contacte metalice. Această soluție a permis, pe de o parte, o distribuire a acestor funcții, iar pe de alta, realizarea concentratorului care, ținând cont de nivelul tehnologic atins la acea dată, era optimă din punct de vedere economic. Astfel, etajul A a preluat semnalizarea de angajare (detectarea închiderii buclei) și protecția la supratensiuni, restul funcțiilor revenind etajului B : alimentarea, inserarea curentului de sonerie, semnalizarea de observare (detectarea deschiderii buclei), trecerea de la 2 la 4 fire, testarea și codarea. Transmiterea curentului de sonerie se poate efectua prin concentrator, deoarece punctele de conexiune realizate cu relee se caracterizează prin tensiuni de străpungere mari. Releele pot fi înlocuite cu dispozitive semiconductoare de înaltă tensiune. În ambele situații, transmiterea prin etajul de concentrare se face pe două fire (concentratorul este o rețea pe 2 fire). [9]

Alte sisteme numerice de comutație au localizate toate funcțiile, cu excepția codării, înaintea concentratorului, permițându-se astfel realizarea lui cu dispozitive electronice unidirecționale și transmisia pe 4 fire. Atunci când toate funcțiile sunt localizate înaintea concentratorului, acesta se realizează în tehnică numerică.

Localizarea funcțiilor în cadrul unui sistem de comutație depinde de mai mulți factori, precum: prețurile de fabricație, disponibilitatea impusă sistemului, consumul de energie, tehnologiile și tehnicile disponibile. Ea este o operație critică deoarece până la 80% din costul întregului sistem este stabilit de terminațiile analogice ale acestuia (inclusiv etajul de concentrare). Această operație trebuie reluată ori de câte ori se proiectează un nou sistem, pentru a ține cont de noile realizări tehnice și tehnologice. [9]

Schema bloc a unei astfel de interfețe analogice, este prezentată în figura 3.2 :

Fig. 3.2 – Circuit de linie cu funcțiile de interfață aflate înaintea concentratorului.

Bucla liniei de abonat este conectată în sistemul de comutație prin intermediul repartitorului principal al centralei, care asigură protecția primară. În interiorul sistemului se conectează la buclă două relee, unul prin care se efectuează testarea acesteia și a componentelor analogice din circuitul de linie, iar celălalt pentru aplicarea curentului de sonerie. Unele sisteme de comutație folosesc și un al treilea releu, care este acționat doar în momentul punerii în funcțiune a sistemului, toate buclele fiind inițial deschise. Urmează apoi blocul protecției secundare, după care bucla se închide pe SLIC (Subscriber Line Interface Circuit – circuitul de interfață cu linia de abonat). Acest circuit îndeplinește funcțiile de alimentare, semnalizare și trecere de la 2 la 4 fire. Semnalizările dinspre abonat sunt detectate de SLIC și înmagazinate în logica de control a interfeței. [9]

Comunicațiile între circuitele de linie și etajele ce îndeplinesc funcțiile de comandă și de comutație ale sistemului se realizează prin multiplexarea, respectiv prin demultiplexarea lor în timp pe două BUS-uri (magistrale). Cadrul multiplex intern conține intervale de timp (căi temporale) distincte pentru informații și pentru mesaje de control și semnalizare provenite de la sau destinate circuitelor de linie. Multiplexarea și demultiplexarea informației, pe și din aceste BUS-uri, se efectuează prin intermediul porților ce controlează comunicația între BUS-uri și circuitele de linie. [9]

Modul de funcționare a unui astfel de circuit de linie destinat cuplării la sistemul de comutație a unui aparat telefonic cu disc (sau cu claviatură cu transmisie în impulsuri lipsă curent) : ridicarea furcii închide bucla, stabilindu-se în aceasta un curent continuu. Circuitul de interfață a liniei de abonat sesizează acest curent și semnalează acest lucru logicii de control a interfeței, care memorează noua stare a liniei abonatului. Circuitul de linie este explorat (interogat) periodic de către unitatea centrală de comandă. Pentru a se diferenția între ele, fiecare circuit de linie are o adresă logică proprie.

Când un circuit de linie își "recunoaște" (hardware) adresa generată de către unitatea centrală de comandă, atunci el răspunde acesteia prin intermediul porților și a BUS-ului de multiplexare. În cazul analizat, circuitul de linie va insera în cadrul multiplex mesajul de angajare, care va fi interpretat de sistemul de comutație ca o cerere de serviciu. Ca urmare, tonul de disc, sintetizat numeric, este emis pe una din fantele de informație libere ale cadrului multiplex.

Pentru ca circuitul de linie în cauză să-și poată "acorda" recepția pe calea temporală respectivă, unitatea centrală îi transmite identitatea acesteia prin calea corespunzătoare de mesaje. Această identitate este însoțită și de cea a căii temporale de informație, pe care circuitul de linie poate transmite din acel moment. Eventualele schimbări ulterioare de căi de informații, pe parcursul satisfacerii cererii, vor fi comunicate în același fel.

Cele două identități sunt precedate de un mesaj de acceptare a cererii de serviciu. La recepția acestuia, logica de control a circuitului de linie alimentează componentele active (CODEC-ul, filtrele), tonul de disc fiind preluat prin porți, decodat, filtrat, trecut prin SLIC și apoi emis în bucla de abonat. Recepționând tonul de disc, abonatul chemător comunică centralei (formează la disc sau la tastatură) numărul chematului. Această activitate se traduce prin transmiterea unor serii de impulsuri "lipsă curent" (fiecare impuls reprezintă de fapt o întrerupere a continuității buclei liniei); numărul de impulsuri din fiecare serie este egal cu valoarea zecimală a cifrei ce se transmite. [9]

Întreruperile continuității buclei liniei sunt detectate de SLIC, statutul buclei fiind de flecare dată reactualizat în logica de comandă a interfeței. Sistemul de comutație acumulează cifrele de adresă a chematului într-o unitate de memorie și, presupunând că apelul este local și chematul disponibil, trimite circuitului liniei chemate mesajul de acționare a releului de sonerie.

Acționarea soneriei la abonatul chemat este semnalizată la chemător prin transmiterea către circuitul de linie al acestuia a unei tonalități de revers apel, care este sintetizată numeric. Acționarea releului de sonerie produce comutarea continuă a buclei între BUS-ul de curent de sonerie (pe care se generează continuu un semnal de 110 V efectiv la 20 Hz), și intrarea în circuitul SLIC. [9]

Sistemul de comutație este informat de faptul că abonatul chemat răspunde (altfel spus, de închiderea buclei la chemat) de către circuitul SLIC; acesta traduce corect starea buclei pe perioadele de repaus ale contactelor releului de sonerie. Ridicarea receptorului la chemat, pe durata activării soneriei, este detectată prin intermediul BUS-ului de curent de sonerie și conduce la dezactivarea releului în cauză și, deci, la închiderea buclei corespunzătoare. Când partea chemată a răspuns, sistemul de comutație pune la dispoziția

celor doi abonați o cale de comunicație pe 4 fire.

Coborârea furcii (închiderea aparatului) la chemător sau la chemat este detectată de circuitul SLIC. Informat de această acțiune, sistemul de comutație eliberează circuitele implicate în conexiune, trecându-le în starea „Liber”. [9]

Circuitul de interfață cu linia de abonat, SLIC

Un circuit de interfață cu linia de abonat se poate realiza conform schemei

electrice prezentată în figura de mai jos. [9]

Fig. 3.3 – Circuitul de interfață cu linia de abonat – varianta cu transformator

Acest circuit de interfață cu bucla de abonat prezintă o serie de dezavantaje datorate existenței transformatorului (dimensiunea și greutatea lui) care trebuie să permită trecerea curentului continuu, de aproximativ 80mA și să asigure transmisia la frecvențe joase (200 Hz). În plus, pentru minimizarea interferențelor între circuitele alăturate prin cuplaj magnetic de joasă frecvență (diafonie), trebuie luate măsuri speciale de ecranare a transformatoarelor.

Dezavantajele acestui circuit sunt însă compensate de o serie de calități pe care le prezintă existența transformatorului:

– este un dispozitiv fiabil și dificil de distrus datorită robusteții sale,

– asigură o izolație galvanică între circuitele din primar și secundar,

– are proprietatea de a limita energia transferată în circuitul secundar,

– rezistă la supratensiuni de durată,

– asigură în bune condiții funcția de diferențiere (trecere de la 2 la 4 fire).

Fig. 3.4 – Structură fără transformator a interfeței cu linia abonatului

Aceste calități au încurajat menținerea transformatorului în structura interfeței și realizarea unor inovații, care s-au orientat către minimizarea dimensiunii și greutății acestuia.

Cu toate îmbunătățirile aduse tehnicii de realizare a transformatoarelor, acestea nu au fost suficiente pentru a descuraja căutarea de soluții care să elimine transformatorul din circuitul de linie, funcțiile acestuia fiind preluate de optocuploare și/sau amplificatoare operaționale. [9]

Teknikit Telephony Training System

Sisteme de inițiere în telefonie cu software Discovery

Acest tip de sisteme de inițiere în telefonie, ce folosesc software Discovery, sunt un sistem modern, care a fost conceput pentru a face o introducere și a demonstra principiile sistemelor moderne de telefonie. Ele sunt o combinație de plăci de lucru și software, care oferă un sistem total integrat de învățare a unui spectru larg de concepte de telefonie și aplicații, de la proprietățile unor componente individuale, până la folosirea unor sisteme complexe.

Fiecare sistem complet de studiu este alcătuit dintr-un computer, un sistem de interfață, alcătuit dintr-un terminal de acces în timp real și una sau mai multe plăci de lucru, și software-ul Discovery. Sistemul de inițiere în telefonie conține un terminal de acces în timp real, iar sistemul de comutație digitală include o unitate ce asigură circuitele de interfață și alimentările necesare.

Software-ul Discovery însoțește partea hardware a sistemului. Acesta este software-ul Feedback, care este în continuă evoluție și este proiectat pentru a dezvolta cursuri Discovery. Aceste cursuri sunt interactive prezintă pe ecran sarcini de lucru pentru studenți, care ghidează studenții la realizarea exercițiilor practice și furnizează rezumate teoretice pentru subiectele studiate. Sunt disponibile prin acest software instrumente virtuale (osciloscop, voltmetru digital, analizor de spectru, etc.). Aceste instrumente pot fi folosite atunci când este rulată o aplicație care necesită folosirea lor.

Pentru a beneficia de toate serviciile oferite de software-ul Discovery, este necesară consola ‚Teknikit Console 92-300-1.’ Aceasta asigură alimentarea diferitelor plăci de lucru ce pot fi folosite și două intrări BNC pentru folosirea instrumentelor bazate pe PC.

Folosirea software-ului

După ce atât partea de hardware cat și cea de software a fost instalată cu succes, se poate lansa spre execuție „Stand-Alone Environment (SAE)” prin dublu-clic pe icoana Discovery IMS, programul de instalare a mediului de lucru de pe desktop. După lansare trebuie sa poată fi accesat Telephony Systems din secțiunea Telecommunication, prin structura arborescentă Discovery.

De aici, se poate alege software-ul pentru plăcile de lucru : „Telephone & Interface” ori „TDM/PCM”. Fiecare placă de lucru conține un număr de însărcinări ce constau din teorie, fond și informație practică.

Dublu-clic pe o însărcinare lansează un număr de lucrări practice. Dublu-clic pe o lucrare practică va „porni” un simulator (Applet) care permite accesul la semnalele produse de către placa de lucru.

Când a început să ruleze o însărcinare, RAT configurează automat placa de lucru, permițând studiul particular al unor componente de pe placă. În același timp, conectează punctul de monitorizare virtual la punctul de monitorizare necesar startului. Dacă se dorește vizualizarea datelor pe care le primește calculatorul, se poate conecta un osciloscop real la respectivul punct de monitorizare de pe placă.

Dacă se pornește o însărcinare practică înaintea pornirii USB-RAT sau Teknikit Console va apărea un mesaj de eroare pe monitor. Dacă aceasta se întâmplă, va trebui sa fie părăsită acea însărcinare și să se pornească USB-RAT. Acest lucru va reinițializa USB-RAT și placa de lucru.

Când este necesară trecerea de la o placă de lucru la alta, va trebui să părăsiți însărcinarea practică și să alegeți una dintre celelalte opțiuni (fond sau teorie), apoi sa închideți aplicația respectivă.

Cu toate că închiderea aplicației în timpul execuției unei însărcinări în mod obișnuit nu va cauza probleme, calculatorul ar putea rămâne într-o stare de așteptare a datelor de la USB-RAT.

Echipamentul pentru studiul transmisiilor telefonice 58-001

Sistemul este alcătuit din două plăci de lucru – Terminalul telefonic și interfața, Principiile TDM/PCM – un terminal de acces în timp real și software Discovery.

Este un sistem destinat să ajute studenții să studieze principiile telefoniei și să câștige experiență în practicile moderne de telefonie.

Pentru instalarea părții fizice a sistemului trebuie parcurși următorii pași în această ordine: conectarea la calculator a terminalului de acces în timp real, sau a consolei, folosind un cablu USB; conectarea la rețeaua de alimentare a cablului de alimentare și deschiderea calculatorului, iar apoi a consolei prin acționarea comutatorului disponibil.

Pentru a efectua observații în ceea ce privește comportarea sistemelor studiate în cazul în care parametrii semnalelor implicate variază, se folosesc butoanele de reglaj de pe plăcile de lucru, enumerate în tabelul 4.1.

Tabel 4.1 Butoanele de reglaj de pe plăcile de lucru

Placa de lucru pentru studierea terminalului telefonic și a interfeței.

Este o placa in format deschis ce utilizează un singur telefon simplu pentru studierea circuitelor de semnalizare si voce, precum si interfața proxima schimbului de date. Placa conține un cuplor acustic ce permite ca un semnal de ton sa fie aplicat transmițătorului telefonului.

Este studiata funcționarea pachetului telefonic, a cuplorului acustic si a circuitelor asociate cu SLIC, prezentând structura telefonului ce include circuitele de transmitere a vocii si semnalizării, precum si funcționarea lor in combinație cu SLIC.

Sunt examinate cele trei circuite de semnalizare ale telefonului, precum si cele trei circuite de vorbire. Sunt studiate funcțiile primului circuit de interfațare. Intr-un sistem real ele sunt parte integranta a unui SLIC. Cinci dintre funcțiile BORSCHT sunt asigurate. Sunt determinate caracteristicile semnalizării DTMF (dual tone multifrequency) folosite pentru gestionarea apelurilor telefonice. Utilizarea unui circuit hibrid de înaltă calitate in SLIC oferă posibilitatea realizării de măsurători precise si utile.

Pe placa de lucru se asigură acces la toate semnalele de interes prin puncte de test enumerate în tabelul 4.2. In afară de aceste puncte de semnal, pe placa de lucru se găsesc și două puncte de masă.

Tabel 4.2 Punctele de test de pe placa 58-100 – Terminalul telefonic și interfața

Placa de lucru pentru studierea multiplexării cu diviziune în timp(TDM) și a modulației impulsurilor în cod(PCM).

Aceasta placa permite studiul principiilor ce stau la baza TDM si PCM. Se bazează pe utilizarea de tehnologie standard de telefonie, dar utilizează si anumite circuite speciale ce oferă posibilitatea utilizării demonstrative a frecventei de eșantionare variabile, ratei de bit, precum si filtrării.

PAM (Pulse amplitude modulation) este utilizat pentru a demonstra procesul prin care se realizează o eșantionare sporadica pentru a reprezenta cu aceste eșantioane forma de unda continua. TDM (Time Division Multiplexing) este demonstrată cu ajutorul PAM (Pulse Amplitude Modulation) multicanal, prin care se demonstrează in mod observabil principiul utilizării comune a unui singur canal fizic între mai multe canale de comunicație de tipuri diferite. Valorile constante si eșantioanele de voce sunt transformate intr-o forma digitala. Sunt studiate efectele cuantizării. Conversia audio/digital liniara este comparata cu compresia si expandarea realizate de un codec standard simplu. Este demonstrata utilizarea filtrelor trece-banda pentru evitarea erorilor de aliere. Este introdus sistemul cu 30 de canale PCM si sunt discutate necesitățile de sincronizare si control. Poate fi realizată comparația între sistemele cu 30 de canale si 24 de canale.

Pe placa de lucru se asigură acces la toate semnalele de interes prin puncte de test, enumerate în tabelul 4.3.

Tabel 4.3 Punctele de test de pe placa 58-110: Principiile TDM&PCM

Lucrări practice

Eșantionarea:

Scopul lucrării:

In acest paragraf se urmărește înțelegerea conceptului de eșantionare, a regulilor ce trebuie respectate pentru a se face o eșantionare corectă și pentru a se putea reconstitui semnalul original din eșantioanele sale ; se face o analiză spectrală a semnalului eșantionat și a celui reconstruit pentru a se evalua calitatea acestuia ; se studiază efectul erorilor de aliere și ale interferențelor.

Breviar teoretic :

Eșantionarea:

Eșantionarea este reprezentarea semnalelor analogice în timp continuu printr-o serie de valori discrete, care sunt eșantioanele semnalului. Eșantioanele sunt măsurate la intervale de timp regulate prin închiderea unui comutator. Acest proces reprezintă baza de plecare pentru orice proces de stocare sau transmitere a semnalelor analogice sub formă discretă.

Procesul de închidere si deschidere a comutatorului poate fi reprezentat ca un impuls cu forma de undă dreptunghiulară. Semnalele cu forma de undă dreptunghiulară dar cu factor de umplere diferit, au componente de frecvență similare, dar de amplitudini diferite.

Frecvența de eșantionare in telefonia digitală este de 8kHz.

Din punct de vedere matematic procesul de eșantionare poate fi exprimat ca produsul dintre semnalul analogic și semnalul de eșantionare.

Eșantionarea reprezintă prima etapă în conversia semnalului analog continuu in formă digitală. Un eșantion al unei forme de undă este amplitudinea acesteia la un moment de timp bine determinat. Eșantioanele sunt prelevate la intervale egale de timp. Pentru obținerea unui eșantion, este închis un comutator pentru o perioadă scurtă de timp. Pe parcursul închiderii comutatorului, semnalul analog este conectat la calea de transmisie.

Frecvența de eșantionare și durata fiecărui eșantion este determinată de un tact. Acesta este reprezentat printr-un semnal dreptunghiular la o frecvență fixă de 8kHz (în telefonia fixă). Rezultatul eșantionării este un șir de impulsuri de amplitudini diferite. Din acest motiv, acest proces este cunoscut sub denumirea de: Modulare Impulsurilor în Amplitudine (MIC sau PAM).

Frecvența de eșantionare trebuie să respecte teorema lui Nyquist pentru ca semnalul să poată fi refăcut din eșantioanele sale.

Teorema lui Nyquist: Dacă semnalul S(t) este de bandă limitată la , în sensul că pentru , atunci S(t) este unic determinat de mulțimea eșantioanelor sale, dacă , adică frecvența de eșantionare este cel puțin dublul frecvenței maxime. In condițiile de mai sus, semnalul inițial poate fi reconstruit din eșantioanele sale aproape peste tot, cu condiția ca să fie ales astfel încât să satisfacă relația:

Semnalul de eșantionare, fiind o formă de undă rectangulară, conține multe componente de frecvență înaltă, care sunt multipli de 8kHz, care reprezintă frecvența fundamentală. Din acest motiv semnalul PAM conține de asemenea multe componente de frecvență înaltă și componenta de joasă frecvență a semnalului original.

Semnalul original poate fi refăcut prin înlăturarea componentelor de frecvență înaltă din semnalul PAM prin filtrarea cu un filtru trece-jos, care să înlăture toate componentele de frecvențe mai mari decât 4kHz și permite trecerea tuturor componentelor de frecvențe mai mici decât 4kHz.

Durata eșantioanelor nu afectează semnalul de ieșire. Eșantioanele mai lungi, care au mai multă energie, duc la o amplitudine mai mare a semnalului de ieșire, însă nu afectează vizibil calitatea semnalului de ieșire.

Alierea:

Alierea este un efect produs de eșantionarea prea rară a semnalului. Aceasta conduce la apariția în semnalul de ieșire a unor componente de frecvențe care nu erau prezente în semnalul inițial.

Frecvența minimă de eșantionare necesară astfel încât să se evite alierea este de două ori maximul frecvenței din semnalul eșantionat. Acesta este criteriul Nyquist: , unde este frecvența de eșantionare, iar este banda de frecvențe a semnalului.

Dacă se eșantionează cu o frecvență mai mare decât frecvența Nyquist, se produce o suprapunere a lobilor spectrali și astfel nu se mai poate extrage prin filtrare lobul spectral central. In acest caz, semnalul nu mai poate fi reconstruit din eșantioanele sale.

Spre exemplu, pentru un semnal de 5kHz eșantionat cu frecvența de 8kHz, după demodulare se obține un semnal având frecvența 3kHz. Deci, este foarte important să se elimine toate frecvențele mai mari de 4kHz din semnalul eșantionat, deoarece ar putea introduce frecvențe din banda semnalului vocal, care nu erau in semnalul inițial.

Interferență, zgomot și distorsiuni.

Sunt multe moduri posibile de a se adăuga semnale nedorite la semnalul original de eșantionare. Toate duc la scăderea calității sistemului și variază de la abia perceptibile la intolerabile.

Interferența este orice semnal ce nu provine de la intrarea sistemului. Un tip particular de interferență în sistemele telefonice este diafonia, care apare atunci când semnale inteligibile dintr-un circuit sunt interceptate de un altul.

Într-un sistem analog orice interferență apărută, oricât de mică, nu poate fi îndepărtată. Nu există nici o metodă de a stabili dacă o parte a unui semnal provine de la intrare sau nu. În cazul sistemelor digitale, interferența nu are nici un efect dacă se situează sub un anumit nivel, însă dacă trece de un nivel critic ea distruge semnalul.

Diafonia se manifest[ ]n sistemele de telefonie atunci când un utilizator poate auzi, pe lângă conversația sa, o a doua conversație și e cauzată în principal de cuplajul care apare în perechile de fire. Impulsurile eșantion ale căilor multiplexate în timp trebuie să treacă prin partea comună de cablaj a sistemului. In această parte comună poate lua naștere diafonia inteligibilă între căi datorită limitării benzii de frecvență și a cuplajului nedorit a unui semnal dintr-un circuit, parte a unui circuit sau a unui canal și un alt semnal.

Diafonia poate fi de două tipuri: diafonie capacitivă și diafonie inductivă, după cum este cuplajul dintre cele două canale cuplaj capacitiv, respectiv inductiv. Cuplajul capacitiv apare datorită variației curentului prin canalul perturbator, iar cuplajul inductiv, apare datorită influenței câmpului magnetic generat de semnalul care circulă prin canalul perturbator.

Zgomotul apare în circuitele electrice. Este cauzat în principal de agitația termică și din acest motiv este de frecvență și amplitudine aleatoare.

Un criteriu important pentru un sistem telefonic este nivelul absolut de zgomot, deoarece poate fi sesizat în momentele de pauză în vorbire.

Distorsiunile sunt reprezentate de orice schimbare ce apare în semnalul original în timpul transmisiei. Distorsiunile pot apărea doar atâta timp cât semnalul este prezent și dispare în absența semnalului.

Cea mai evidentă distorsiune este distorsiunea neliniară, cauzată de operații de amplificare necorespunzătoare. Alierea este o formă de distorsiune, deoarece semnalele nedorite dispar in absența semnalului prelucrat.

Reprezentarea digitală a semnalului digital are o rezoluție limitată. Din acest motiv, o componentă de frecvență înaltă, datorată procesului de discretizare, este adăugată la semnalul de ieșire. Efectul este cunoscut sub denumirea de zgomot de cuantizare, datorită caracterului său aleatoriu, dar este un tip de distorsiune deoarece apare doar în prezența semnalului.

Montajul experimental :

Montajul experimental pentru studiul eșantionării (Fig. 5.1.4 ) este alcătuit dintr-un circuit de eșantionare și un filtru trece-jos. Sunt disponibile 4 puncte de test la care se pot vizualiza cu ajutorul osciloscopului virtual sau a osciloscopului real semnalele :

TP1 – semnalul de intrare ;

TP5 – semnalul de eșantionare ;

TP7 – semnalul eșantionat ;

TP8 – semnalul refăcut.

Pentru vizualizarea spectrelor acestor semnale se folosește un analizor de spectru (virtual sau real).

La intrarea circuitului de eșantionare se aplică un semnal dreptunghiular (semnalul de eșantionare) si un semnal sinusoidal de intrare (semnalul care va fi eșantionat). Frecvența și amplitudinea semnalului de intrare sunt variabile, ele putând fi modificate cu ajutorul potențiometrelor de pe placa de lucru : potențiometrul ‘Frequency’ pentru frecvență și ‘Output’ pentru amplitudine. Semnalul de eșantionare are frecvența de 8kHz și factor de umplere variabil (1/2, 1/4 și 1/8 ).

Semnalul eșantionat, se aplică unui filtru trece-jos, care reține lobul spectral din banda de bază, obținându-se astfel la ieșirea sa semnalul refăcut, în cazul în care a fost respectată teorema eșantionării.

Pentru a studia efectul interferențelor asupra semnalului de eșantionare, se folosește montajul experimental din figura 5.1.5. La semnalul eșantionat se adaugă un zgomot aditiv. Acesta este simulat printr-un semnal sinusoidal care se adună la semnalul eșantionat. Semnalul interferent poate fi vizualizat la punctul de test TP4, iar amplitudinea sa poate fi variată cu ajutorul potențiometrului ‚Output Osc4/Intf’.

Desfășurarea lucrării :

Se rulează aplicația ‚Practical 1: Basic Sampling’. Pe osciloscopul virtual, se vizualizează semnalul de intrare la TP1, semnalul eșantionat la TP7 și semnalul refăcut la TP8. Cu potențiometrul ‚Frequency’ se modifică frecvența semnalului de intrare de la valoarea minimă posibilă la 9kHz. Se observă comportarea semnalului refăcut.

Se face determinarea frecvenței de eșantionare ca inversul perioadei de eșantionare. Pentru determinarea perioadei de eșantionare se măsoară distanța pe osciloscop între două eșantioane ale semnalului eșantionat sau se măsoară pe osciloscop perioada semnalului de eșantionare. Pentru aceasta se folosesc cursoarele osciloscopului virtual, sau se conectează osciloscopul real la punctul de test corespunzător.

Semnalul de intrare (TP1) se conectează la unul din canalele osciloscopului real, iar semnalul refăcut (TP8) la celălalt canal. Amplitudinea semnalului de intrare se fixează cu ajutorul potențiometrului ‚Output’ de pe placa de lucru (spre exemplu la valoarea de 2V vârf la vârf). Se variază frecvența semnalului de intrare între 200Hz și 3,4kHz. Pentru aproximativ 8 valori ale frecvenței semnalului de intrare, se măsoară amplitudinea semnalului de ieșire.

Se modifică factorul de umplere al semnalului de eșantionare folosit prin intermediul butonului de selecție de pe monitor ‚Select Sample Time’. Se repetă determinările pentru toate valorile posibile ale factorului de umplere: , , .

Se trec datele obținute într-un tabel și se face o reprezentare grafică a amplitudinii semnalului refăcut și caracteristicile lui.

Se rulează aplicația ‚Practical 2: Aliasing Error’. Se fixează frecvența semnalului de intrare la 4kHz, adică jumătate din frecvența de eșantionare. Se observă semnalul refăcut și caracteristicile lui.

Se rulează aplicația ‚Practical 3: Interference’. In acest caz, la semnalul eșantionat este afectat aditiv de interferența ‚Intf’. La punctul de test TP4 se poate vizualiza semnalul interferent, iar cu potențiometrul ‚Output Osc4/Intf’ se poate modifica amplitudinea acestuia. La diferite amplitudini să se observe ce se întâmplă cu semnalul refăcut.

Se rulează aplicația ‚Practical 4: Spectrum Analysis’ Se crește frecvența semnalului de intrare de la 800Hz la 6kHz și se observă cu ajutorul analizorului de spectru semnalul de intrare, semnalul de eșantionare, semnalul eșantionat și semnalul refăcut. Pentru câteva frecvențe din acest interval, se notează frecvența semnalului de ieșire.

Întrebări:

Care este frecvența de la care frecvența semnalului refăcut nu mai urmărește frecvența semnalului de intrare?

Care este motivul pentru care s-a ales folosirea eșantionării semnalului vocal cu o frecvență de 8kHz?

Care este diferența între eșantionarea cu un semnal de eșantionare cu diferiți factori de umplere? Ce factor de umplere este preferat pentru semnalul de eșantionare în aplicațiile de telefonie și de ce?

Ce se întâmplă cu semnalul refăcut din eșantioanele sale dacă frecvența de eșantionare este dublul frecvenței semnalului? Dar dacă această frecvență crește și teorema eșantionării nu mai este respectată?

Unde există posibilitatea ca semnalul telefonic să prezinte diafonie?

Din ce motive pot apărea interferențe?

Care este frecvența semnalului refăcut, dacă frecvența semnalului de intrare este între 4 și 8 kHz?

Date experimentale:

Determinarea frecvenței de eșantionare:

Se aduce semnalul de eșantionare la un canal al osciloscopului.

Teșantionare=125µs => feșantionare= 8kHz

In telefonie se folosește frecvența de eșantionare de 8kHz, deoarece semnalul vocal poate fi limitat la o bandă de 3,4 kHz. Se păstrează astfel o marjă de siguranță pentru evitarea erorilor de aliere.

Analiza calității semnalului refăcut în funcție de parametri eșantionării:

Se consideră un semnal de intrare de amplitudine 2V vârf la vârf:

Tabel 5.1.1 Amplitudinea semnalului refăcut în funcție de frecvența semnalului de intrare

Se observă că dacă se schimbă factorul de umplere al semnalului de eșantionare folosit semnalul refăcut are aceeași frecvență cu semnalul original și diferă doar prin amplitudine. Astfel, dacă raportul semnal pe zgomot este suficient de bun, se poate accepta o eșantionare a semnalului cu un semnal de eșantionare cu factor de umplere mai mic, ceea ce permite apoi multiplexarea mai multor semnale eșantionate, în vederea transmiterii lor în același timp prin mediul de transmisie.

Analiza semnalului la 4kHz:

Dacă se eșantionează cu o frecvență de 8kHz un semnal de aproximativ 4kHz, se obțin două eșantioane pe o perioadă. Aceasta este limita permisă de teorema eșantionării pentru o reconstrucție corectă a semnalului din eșantioanele sale. Semnalul reconstruit obținut este de amplitudine foarte mică și instabil. Deci, eșantionarea unui semnal la limita de eșantionare Nyquist nu este recomandată, deoarece refacerea semnalului din eșantioanele sale nu este făcută întotdeauna corect.

Spectrul semnalului eșantionat și a semnalului refăcut pentru un semnal de intrare de 4kHz:

Se observă că în semnalul refăcut, componenta spectrală principală este de amplitudine mică in comparație cu valoarea ei în cadrul semnalului original.

Analiza semnalului în prezența interferențelor:

Dacă se crește amplitudinea semnalului interferent, se observă că nivelul interferenței este proporțional cu aceasta. Semnalul de ieșire nu devine neinteligibil decât pentru valori foarte mari ale amplitudinii semnalului interferent.

Se observă că dacă interferența aditivă acționează direct asupra semnalului eșantionat, nu se mărește rezistența la zgomote.

Analiza spectrală: Tabel 5.1.2 Analiza spectrală

Se observă că dacă semnalul de intrare trece de 2,5kHz, apare o a doua componentă spectrală, iar componenta spectrală fundamentală începe să scadă în amplitudine și să se deplaseze spre dreapta. La creșterea în continuare a frecvenței, componenta spectrală de ordinul doi crește ca amplitudine și se deplasează spre stânga. De la 3,5kHz, cele două componente spectrale devin comparabile. La 4kHz ele sunt aproximativ egale și se suprapun când frecvența de eșantionare este jumătate din frecvența semnalului eșantionat. In acest punct apare alierea.

Când semnalul de intrare trece de 4kHz componenta spectrală fundamentală începe să crească în amplitudine și să scadă în frecvență. Intre 8 și 9kHz, semnalul refăcut este un semnal continuu (aproximativ).

Se observă că dacă frecvența de intrare f crește peste 4kHz, frecvența semnalului refăcut din eșantioanele sale este de aproximativ (8-f)kHz

Compandarea și filtrarea semnalului vocal;

Scopul lucrării:

In acest paragraf se urmărește analiza limitărilor conversiei liniare aplicată semnalului vocal și înțelegerea compandării și a necesității folosirii ei.

Se studiază de asemenea și eliminarea erorilor de aliere prin filtrarea trece bandă a semnalului înainte de prelucrarea sa.

Breviar teoretic:

Compandarea

Folosind codarea liniară, cele 256 de trepte posibile cu un cod de 8 biți sunt distribuite uniform pe scara de valori posibile. Semnalele de amplitudine mare sunt codate cu precizie bună și recuperate corect cu acest sistem. Semnalele cu amplitudine mică ocupă doar u număr mic de pași de cuantizare și au nivele mari zgomot de cuantizare când sunt convertite din nou în formă analogică. A fost arătat experimental că un cod cu 4096 nivele, reprezentat pe 12 biți, produce o bună calitate a semnalului vocal pentru telefonie.

O metodă de a obține un efect similar este de a comprima semnalul atunci când semnalul este convertit în semnal digital și expandat când este convertit din nou în formă analogică. Procesul combinat este cunoscut sub numele de compandare.

Compandarea se obține prin folosirea unor convertoare A/D și D/A care să aibă caracteristici neliniare corespunzătoare. Pașii de cuantizare în semnalul digital sunt mici pentru semnale de amplitudine mică (similari cu cei pentru cod cu 12 biți) și cresc gradual pentru amplitudini mai mari.

Se folosesc două caracteristici, care reprezintă standarde internaționale: legea A și legea µ. Legea A a fost inițial definită de CEPT, iar legea µ de către ‚T1 Standard Comitete’. Ambele sunt recunoscute de ITU-T, autoritatea internațională în ceea ce privește standardele de telefonie. Ambele standarde permit procesarea semnalelor de amplitudine mică ți mare cu aceeași precizie și realizează rapoarte SNR mai bune.

Pentru a se obține o regenerare mai ușoară a tactului în repetoarele pe cabluri, se folosesc coduri care conduc la o densitate mare de impulsuri în linie. In standardul american, se folosește pentru aceasta codul binar complementar, iar în standardul european, se folosește inversarea biților pari(ADI).

Caracteristicile legii A

Legea a de compandare este definită conform ITU-T în tabelul 5.2.1 pentru valorile pozitive. Pentru valorile negative se folosesc aceleași praguri de decizie în valoare absolută.

Tabel 5.2.1 Definirea legii de compandare A; valori pozitive.

Tabel 5.2.2 Definirea legii de compandare A; valori negative.

Caracterele transmise, sunt obținute prin inversarea biților pari ai secvenței binare folosită pentru reprezentarea unui eșantion. Înainte de aceasta conversie, secvențele de biți corespunzătoare valorilor pozitive de intrare, între două praguri n și n+1 sunt exprimate ca numere binare. Valoarea de la ieșirea decodorului este pentru n=1,…,127, 128. x128 este o valoare virtuală de decizie.

Codul digital folosit are un bit de semn, 3 biți care reprezintă segmentul pe care se găsește eșantionul și 4 biți care reprezintă treapta pe care se găsește eșantionul.

Ex: pentru codul 11011001 c=5(101) și s=9(1001)

Inversarea biților pari (ADI) se face prin inversarea fiecărui al doilea bit din codul binar natural. Inversarea biților pari se face numai pentru impulsurile căilor telefonice. In intervalele de sincronizare și de semnalizare nu se face această inversare.

Caracteristica legii A pentru codare este definită prin:

(5.2.1)

unde : tensiunea de referință

(5.2.2)

(5.2.3)

Ex: pentru codul 11011001 => V=0,498V

Caracteristicile legii µ

Codul digital folosit are 1 bit de semn, 3 biți pentru a reprezenta segmentul și 4 biți pentru a reprezenta treapta pe care se află eșantionul. Legea de compandare µ este definită de ITU-T prin tabele similare celor pentru legea de compandare A. Pentru detalii vezi [5].

Pentru a obține o regenerare mai ușoară a tactului în regeneratoarelor de pe linie se folosește codul binar complementar care este un cod binar natural, în care valoarea tuturor biților este inversată.

Definirea caracteristicii:

(5.2.4)

Ex: codul 11011001 se folosește pentru V=0,473

Filtrarea pentru evitarea apariției efectelor erorii de aliere

S-a studiat în capitolul 5.1 apariția fenomenului de aliere la eșantionarea cu frecvențe sub nivelul critic Nyquist, care este dublul frecvenței maxime din semnalul original. Efectul era de apariție a unor componente de joasă frecvență, care se adaugă la componentele semnalului de ieșire, care apar datorită frecvențelor înalte, dar care nu erau prezente în semnalul de intrare.

Transmițătoarele, în telefonia modernă, pot produce frecvențe peste 4kHz, iar aceste componente pot cauza erori de aliere când sunt eșantionate la 8kHz.

Pentru evitarea acestei comportări se practică filtrarea trece bandă înainte de prelucrarea semnalului. Filtrele folosite sunt filtre foarte pretențioase, care trebuie să aibă o atenuare foarte mare în banda de oprire de ordinul 60dB pe decadă. Flancul este foarte scurt într-o bandă de frecvență foarte mică. La un filtru RC, atenuarea este de 20dB/dec, iar la un filtru LC sau activ, atenuarea este de 40dB/dec deci filtrul necesar este greu de obținut. Atenuare foarte mare pe o durată în frecvență foarte mică poate fi obținută cu filtre de ordin superior ce folosesc tehnologie complicată.

Alierea, apare la semnalele digitale, deoarece sunt alcătuite dintr-un șir de eșantioane.

Sistemele PCM comerciale, folosesc circuite integrate care îndeplinesc toate funcțiile de codare și decodare a semnalelor digitale pentru telefonie. Ele conțin un filtru de intrare care limitează banda de frecvențe a semnalului analog, un codor A/D, un decodor D/A și un filtru de ieșire pentru demodularea ieșirii analogice. Astfel, un singur circuit integrat face întreaga conversie necesară pentru fiecare conexiune telefonică.

Montaje experimentale:

Pentru a se face comparația între calitatea semnalului prelucrat prin conversie analog-digitală liniară și conversie analog-digitală cu compandare se folosesc cele două montaje din figura 5.2.1, în care se face prelucrarea semnalului folosind o lege de cuantizare liniară (b) și respectiv una din legile de compandare A sau µ (a). Pentru a alege legea folosită se acționează comutatorul ‚Select’ de pe placa de lucru, care face selecția între modul de lucru în standardul european (CEPT) sau american (T1).

Un semnal sinusoidal este aplicat la intrarea montajului. Frecvența și amplitudinea acestuia pot fi modificate cu ajutorul potențiometrelor ‚Frequency’ si ‚Output’ de pe placa de lucru. Semnalul de intrare este convertit în semnal digital, în conformitate cu legea folosită de aplicația folosită, după cum s-a arătat mai sus. Semnalul astfel obținut este apoi transformat în semnal analogic prin procedeul invers și filtrat cu un filtru trece-jos.

Sunt disponibile 4 puncte de test la care se pot vizualiza cu ajutorul osciloscopului virtual sau a osciloscopului real semnalele :

PT1 – semnalul de intrare;

PT8 – semnalul refăcut după prelucrarea cu circuite liniare;

PT11 – semnalul refăcut după prelucrarea cu circuite cu compandare.

Pentru a releva caracteristicile de compandare folosite în cele două standarde de telefonie cunoscute se folosește montajul din figură:

Un semnal continuu se aplică la intrarea unui codec cu compandare, care funcționează pe baza legii A sau a legii µ, în funcție de poziționarea comutatorului ‚Select’. Amplitudinea semnalului continuu poate fi modificată prin intermediul potențiometrului ‚Compand DC test’. Pe monitor se pot vedea tensiunea de ieșire, care este disponibilă la punctul de test 11, codul transmis (după inversarea biților) și codul binar normal.

Pentru a pune în evidență eliminarea erorilor de aliere prin folosirea unor filtre dedicate se folosesc montaje care cuprind un convertor A/D urmat de un convertor D/A care face operația inversă.

In primul caz, în care vor apărea erori de aliere se folosește doar un filtru trece-jos la ieșirea convertorului D/A. Filtrul trece-jos folosit este un filtru de uz general în 4 trepte cu capacități comutate. Acesta are performanțe bune pentru multe aplicații, dar nu este potrivit pentru aplicațiile de telecomunicații.

In al doilea caz, în care se elimină erorile de aliere, se folosește la intrarea convertorului A/D un filtru trece bandă care elimină toate componentele spectrale care nu se află în banda utilă a semnalului vocal. Filtrul de intrare folosit este un filtru trece-bandă de ordinul cinci, care permite trecerea componentelor de frecvență cuprinse între 200Hz și 3,4kHz..

Desfășurarea lucrării:

Necesitatea compandării:

Se rulează aplicația ‚Practical 1: Linear conversion’. Se fixează frecvența semnalului de intrare cu ajutorul potențiometrului (spre exemplu la frecvența 300Hz). Se aduce semnalul de la PT1 (semnalul de intrare) la unul din canalele osciloscopului și semnalul de la PT8 (semnalul de ieșire) la celălalt canal al osciloscopului. Se modifică amplitudinea semnalului de ieșire de la 2V până la minimul posibil. Se măsoară amplitudinea semnalului de ieșire și se observă calitatea acestuia.

Se crește frecvența semnalului de intrare. Ce se observă?

Se rulează aplicația ‚Practical 3: Companded Conversion’. Se repetă pașii făcuți la conversia liniară și se compară rezultatele obținute.

Caracteristici de compandare:

Obs: Pentru o măsurare mai exactă a amplitudinii semnalului se poate folosi un microvoltmetru real în locul instrumentului virtual disponibil.

Pentru legea de compandare A. Se fixează cu ajutorul potențiometrului amplitudinea semnalului codat la valorile minimă, maximă și la câteva valori intermediare și se notează codurile corespunzătoare, atât cel binar, cât și cel transmis. Se calculează cu ajutorul codului binar prin care sunt reprezentate tensiunile, numărul zecimal corespunzător. Se face reprezentarea grafică a caracteristicii legii A. Pe axa x, pentru simplificarea ridicării graficului se va trece numărul zecimal corespunzător codului binar.

Reprezentarea se poate face și pentru legea de compandare µ.

Să se determine pentru ambele legi de compandare studiate (A și µ), pasul de cuantizare atunci când amplitudinea semnalului este de aproximativ 0,5V și de 2V.

Filtrarea:

Se rulează pe rând aplicațiile ‚Practical 1: Aliasing Error’ și ‚Practical 2: Filtered Conversion’. Pentru fiecare dintre ele se parcurg următorii pași păstrând butonul de setare a gamei de frecvențe la valoarea ‚High’. Aceasta constituie analiza la frecvențe înalte.

Se aduce semnalul de intrare la unul dintre canalele unui osciloscop, iar semnalul de ieșire la cel de-al doilea canal.

Se crește frecvența semnalului de intrare de la 2kHz la 10kHz și se notează într-un tabel amplitudinea și frecvența semnalului de ieșire. Pentru aflarea perioadei semnalului de ieșire (și astfel a frecvenței acestuia) se recomandă a se folosi osciloscopul virtual și cele două cursoare disponibile. Pentru valori ale frecvenței semnalului de intrare pentru care frecvența semnalului de ieșire este aceeași cu a celui de intrare nu este necesară măsurarea frecvenței

Se reprezintă caracteristica amplitudine-frecvență pentru semnalul de ieșire pentru ambele cazuri (cu filtrare și fără) și se compară rezultatele. Să se determine la ce frecvență apare o scădere de 3dB.

Pentru a analiza comportarea celor două sisteme considerate la frecvențe joase, se setează butonul de pe ecran la valoarea ‚Low’, cu ajutorul mouse-ului. Se construiește apoi un tabel asemănător cu cel din cazul analizei la frecvențe înalte, variind frecvența semnalului de intrare între 50Hz și 300Hz. Reprezentați grafic.

Întrebări:

Dacă mărimea pasului constant pentru sistemul de conversie liniar A/D este de 20mV, câte nivele digitale sunt necesare pentru codarea unui semnal de amplitudine 25mV.

Pasul minim pentru primul segment al legii de compandare A este 1,22mV. Câți pași sunt necesari pentru un semnal de 25mV?

Pasul minim pentru legea de compandare µ este 0,6mV, pentru 15 pași, iar apoi se dublează. Câți pași sunt necesari pentru semnalul de amplitudine 25mV considerat în problema anterioară?

Dacă s-ar folosi un sistem PCM, având pasul egal cu pasul minim folosit de legea A, pentru semnale de amplitudini până la 2,5V, câți biți sunt necesari? Ce capacitate de transmisie ar fi necesară în acest caz?

In cazul conversiei liniare, la ce amplitudini ale semnalului de intrare se observă cel mai bine în semnalul de ieșire zgomotul de cuantizare?

In cazul conversiei neliniare, cum este calitatea semnalului de ieșire comparativ cu cazul conversiei liniare?

Cum sunt pașii de cuantizare, comparativ, pentru diferite valori ale amplitudinii semnalelor?

Sunt diferențe evidente între cele două legi de compandare folosite (A și µ)?

Rezultate experimentale:

Conversia liniara:

Se fixează frecvența semnalului de intrare la 300kHz.

Tabel 5.2.3 Amplitudinea semnalului de ieșire

In figura 5.2.3 se evidențiază creșterea efectului zgomotului de cuantizare o dată cu scăderea amplitudinii semnalului prelucrat.

Pe măsură ce amplitudinea semnalului prelucrat scade, la ieșirea convertorul D/A se obține un semnal care se apropie tot mai puțin de semnalul de intrare. La amplitudini mai mici decât 0,1V semnalul de ieșire își pierde forma sinusoidală, ceea ce sugerează apariția de noi componente spectrale (nedorite) în semnalul de ieșire, care nu erau prezente în semnalul de intrare și care se datorează zgomotului de cuantizare.

Daca se crește frecvența semnalului prelucrat se observă că nu se modifică comportarea semnalului de ieșire ți deci nici performanțele sistemului.

Conversia cu compandare:

Și în cazul conversiei cu compandare se observă distorsiuni de cuantizare, însă ele sunt mult mai mici decât la conversia liniară. Se observă că și pentru amplitudini mici ale semnalului de intrare, semnalul rezultat este de o bună calitate. Astfel, calitatea semnalului refăcut din semnalul digital nu depinde de amplitudinea semnalului care este prelucrat și deci nici de raportul semnal pe zgomot.

Se observă că ambele legi de compandare folosite au aceleași avantaje. Nu există diferențe între calitatea semnalului la folosirea legii A față de folosirea legii µ, însă în ambele cazuri zgomotul de cuantizare nu afectează semnalul obținut la ieșire. Acesta este rezistent la zgomotul de cuantizare și pentru amplitudini mici ale semnalului, spre deosebire de cazul folosirii unei legi liniare de cuantizare în procesul de conversie A/D și D/A.

Caracteristicile de compandare:

Codul transmis, codul binar și valoarea zecimală corespunzătoare lui pentru diferite valori ale amplitudinii semnalului determinate cu ajutorul echipamentului experimental sunt prezentate în tabelul 5.2.4 în cazul folosirii standardului european (CEPT) și în tabelul 5.2.5 în cazul folosirii standardului american (T1).

Tabel 5.2.4 Codarea eșantioanelor cu coduri corespunzătoare standardului CEPT

Se observă că într-adevăr legea de compandare A este o lege logaritmică.

Tabel 5.2.5 Codarea eșantioanelor cu coduri corespunzătoare standardului T1

Determinarea pasului de cuantizare, se face fixând amplitudinea semnalului la doua valori apropiate diferite. Se notează pentru fiecare, codul natural și codul transmis. Se calculează diferența de trepte dintre cele reprezentările prin cod ale celor două valori. Pentru obținerea mărimii pasului de cuantizare se calculează diferența între cele două tensiuni considerate și se împarte la numărul de pași de cuantizare care le desparte.

La o amplitudine de aproximativ 0,5V:

Pentru standardul CEPT:

0,5V → 10001101, codul natural: 11011000

0,6V → 10001000, codul natural: 11011101

=> 5 pași de cuantizare => un pas de cuantizare = 0,1/5 = 0,02V

Pentru standardul T1:

0,5V → 10101000, codul natural: 01010111

0,6V → 10100011, codul natural: 01011100

=> 5 pași de cuantizare => un pas de cuantizare = 0,1/5 = 0,02V

La o amplitudine de aproximativ 2V:

Pentru standardul CEPT:

2V → 10101101, codul natural: 11111000

2,1V → , codul natural: 11111000

=> 5 pași de cuantizare => un pas de cuantizare = 0,1/1 = 0,1V

Pentru standardul T1:

2V → 10000111, codul natural: 01111000

2,1V → 10000110, codul natural: 01111001

=> 5 pași de cuantizare => un pas de cuantizare = 0,1/1 = 0,1V

Filtrarea:

Pentru sistemul fără filtru de intrare se urmăresc performanțele sistemului prin analizarea parametrilor semnalului de ieșire.

La frecvențe joase, semnalul de ieșire nu este atenuat.

Tabel 5.2.6 Analiza la frecvențe înalte.

Pentru sistemul care face o filtrare a semnalului înainte de prelucrarea acestuia, se observă o comportare diferită a semnalului de ieșire față de cazul anterior.

Tabel 5.2.7 Analiza la frecvențe joase:

Tabel 5.2.8 Analiza la frecvențe înalte:

Funcționarea DTMF:

Scopul lucrării:

In acest paragraf se urmărește înțelegerea funcționării sistemului de semnalizare DTMF folosit în sistemul de telefonie și aprecierea avantajelor acestuia în comparație cu metoda de semnalizare prin impulsuri.

Breviar teoretic:

Semnalizarea cu cod multifrecvență, DTMF(= Dual-Tone Multy-Frecuency) se folosește în telefonie și este o metodă de semnalizare în banda semnalului vocal și a fost standardizată de ITU-T prin ‚Recomandarea ITU-T Q.23’. DTMF se folosește ca înlocuitor pentru semnalizarea prin impulsuri, care se folosea inițial în telefoanele automate. Acesta opera la 10 impulsuri pe secundă prin întreruperea curentului dinspre SLIC. Folosind până la 10 impulsuri pentru o cifră, avea o viteză mult mai mică față de viteza cu care o persoană poate apăsa pe un buton.

Obiectivele principale la urmărite la dezvoltarea DTMF au fost să se realizeze rapid în comparație cu reacțiile umane și să nu fie confundat cu semnalul vocal normal.

Pentru a evita imitarea vorbirii, DTMF, folosește combinația a două frecvențe pentru fiecare cifră. Semnalul transmis pentru o cifră trebuie să aibă cel puțin 40ms, iar între două semnale corespunzătoare la două cifre diferite trebuie să fie o pauză de cel puțin 40ms.

Cele două frecvențe sunt alese dintr-un set de 4 frecvențe joase(697-941Hz) și 4 frecvențe înalte(1,21-1,64kHz). Pentru fiecare cifră este folosit un semnal de frecvență înaltă și unul de frecvență joasă.

Tabel 5.3.1 Frecvențele folosite pentru DTMF

Frecvențele de ton sunt proiectate în așa fel încât armonicele și produsele lor de intermodulație să nu determine semnale instabile. Nici una dintre frecvențe nu este multiplu al alteia, suma sau diferența a oricăror două frecvențe nu are ca rezultat una dintre celelalte frecvențe. Frecvențele folosite nu trebuie sa varieze cu mai mult de față de frecvența nominală. Pentru a nu fi ignorată de circuitele de comutație. Diferența de amplitudine dintre cele două frecvențe folosite pentru un simbol trebuie să fie de maxim 3dB.

Frecvențele folosite pentru semnalizarea unor evenimente speciale, în cadrul semnalizării multifrecvență sunt evidențiate în tabelul 5.3.2.

Tabel 5.3.2 Frecvențe folosite pentru evidențierea unor evenimente speciale

Pentru detecția DTMF se folosește pe fiecare linie de abonat câte un receptor DTMF. Un receptor comercial este alcătuit din două filtre dedicate cu capacități comutate, pentru fiecare din cele două frecvențe care alcătuiesc un ton. După filtrare se folosesc tehnici de numărare digitală pentru a determina frecvența. Toleranța la variația frecvenței nominale este permisă de un algoritm special de mediere.

Placa de lucru folosește un receptor comercial pentru a detecta tonurile și filtre mai simple, folosind cipuri standard pentru ca frecvențele să poată fi observate.

O metodă alternativă pentru detectarea codului multifrecvență este folosirea procesării digitale a semnalului(DSP), după ce semnalul analog a fost convertit în formă digitală. Pentru decodare se folosește algoritmul Goertzel, care este o tehnică DSP folosită pentru identificarea frecvențelor componente ale unui semnal. Spre deosebire de algoritmii bazați pe Transformarea Fourier rapidă, care calculează la fel în întreaga bandă de frecvențe a semnalului de intrare, algoritmul Goertzel se ocupă de frecvențe specifice, predefinite. Detectoarele sunt implementate ca algoritmi numerici pe calculatoare de uz general sau pe procesoare digitale de semnal rapide. Pentru a realiza un detector de tonuri DTMF funcțional, este necesar un pas adițional de post-procesare.

Un detector DTMF este conectat tot timpul la interfața fiecărui telefon, astfel încât, semnalele să poată fi primite oricând în timpul unei convorbiri. Astfel, ele pot fi folosite pentru cererea de facilități speciale. Butoanele * și # sunt foarte folositoare în acest scop.

De asemenea, o dată ce un apel a fost realizat, semnalele DTMF se transmit prin sistemul telefonic. Astfel ele pot fi folosite pentru a transmite semnale asociate cu VAN-urile (Value Added Networks). Acestea sunt rețele publice care adaugă valoare la comunicațiile de bază furnizate de purtătoarele comune, prin oferirea de servicii speciale ca accesul la baza de date comercială, poștă electronică și videoconferință.

Montajul experimental:

Montajul din figură permite vizualizarea semnalului transmis pe linia telefonică la apăsarea tastelor telefonului și frecvențele care compun acest semnal și care au fost interpretate de către receptorul DTMF. In cadrul acestei aplicații poate fi variată intensitatea curentului prin linie prin intermediul potențiometrului ‚Line Current’.

Semnalul de semnalizare ajunge de la circuitele de semnalizare din terminalul telefonic la detectorul DTMF prin intermediul circuitului de interfață la linia telefonică (SLIC). Detectorul DTMF, interpretează tonurile de semnalizare cu ajutorul a două filtre, unul pentru extragerea frecvenței înalte și celălalt pentru extragerea frecvenței joase.

Sunt disponibile pentru vizualizarea tonurilor DTMF și a frecvențelor din care sunt alcătuite acestea, 3 puncte de test:

PT16 – semnalul de pe linia de abonat (la formarea numerelor);

PT7 – semnalul de frecvență joasă;

PT14 – semnalul de frecvență înaltă.

Pentru a studia eficiența DTMF în prezența zgomotelor, se folosește următorul montaj experimental din figura 5.3.2.

Pentru a simula comportarea în prezența zgomotelor, se poate aplica prin închiderea unui comutator un semnal sinusoidal și unul dreptunghiular la circuitul de interfață. Frecvența și amplitudinea semnalului sinusoidal, folosit ca semnal de zgomot, poate fi modificată cu potențiometrele ‚Sine oscilator – Level’ și ‚Sine oscilator – Frequency’, care se găsesc pe placa de lucru. Semnalele ce simulează zgomotul se pot aplica la linia de abonat atât separat cât și împreună. De asemenea se poate considera și semnalul vocal, ca un semnal perturbator pentru semnalele de semnalizare.

Aplicarea semnalului de zgomot se face prin apăsarea butonului ‚Select Oscilator’ disponibil în interfața utilizator. La punctul de test 16 se poate observa forma semnalului zgomotos rezultat în forma în care el ajunge la detectorul DTMF. In urma prelucrării acestui semnalului de către detectorul DTMF se obține un cod binar, care trebuie să fie același cu cifra formată.

Cu ajutorul acestui montaj se poate observa ce se întâmplă la apăsarea tastelor în timpul convorbirii (în timp ce se vorbește în receptor), și în cazul prezenței zgomotelor pe linia telefonică.

Montajul folosit pentru cronometrarea timpului necesar transmiterii semnalizării DTMF este cel din figura 5.3.3.

In această aplicație este posibilă folosirea unui cronometru virtual, care este controlat prin intermediul unui buton de pe ecran, ce poate fi acționat prin apăsare cu mouse-ul și are trei poziții: pornit, oprit și resetat.

Desfășurarea lucrării:

Se rulează aplicația ‚Practical 1: Keypad Codes’. Se apasă pe rând butoanele de pe tastatura telefonului și se vizualizează cu osciloscopul la punctul de test 16 semnalul transmis, care reprezintă tonul DTMF corespunzător cifrei formate. Se determină frecvențele ce formează fiecare din tonuri.

Se rulează aplicația ‚Practical 2:Timing of tone duration’. Se cronometrează timpul necesar pentru a apăsa pe rând toate butoanele de pe tastatura telefonului. Se poate folosi pentru aceasta cronometrul virtual disponibil sau un cronometru obișnuit.

Apăsând succesiv tastele telefonului se determină semnificația ledurilor de pe placa de lucru: D0, D1, D2, D3.

Să se afle timpul mediu de formare a unei cifre și să se compare aceasta cu valoarea cunoscută de la semnalizarea prin impulsuri. Pentru aceasta se apasă pe rând toate cele 10 butoane de pe tastatura telefonului, se pune în furcă microreceptorul, și apoi se cronometrează formarea numărului cu ajutorul opțiunii ‚redial’.

Observație: In cazul în care se folosește semnalizarea prin cod zecimal (sau impulsuri lipsă de curent), rata de repetare a impulsurilor este de 10 impulsuri pe secundă, deci fiecare impuls are 0.1s, iar pentru separarea numerelor există o pauză de 0.8s. Timpul teoretic pentru transmiterea semnalizării la folosirea codului zecimal este de 12,7s. In practică, s-a constatat că o valoare tipică pentru reformarea celor 10 cifre este 12,9s.

Se rulează aplicația ‚Practical 3: Immunity from Speech’. Se aplică pe rând și apoi în același timp cele două semnale interferente disponibile, la intrarea circuitului de interfață. Se urmărește dacă există vreun caz în care receptorul DTMF detectează formarea vreunei cifre deși nu a fost apăsat nici un buton. In cazul cărei combinații de semnale interferente receptorul detectează un ton DTMF fals? Se poate reproduce acest caz?

In prezența diferitelor semnale posibile de simulat pe linia de abonat (inclusiv semnalul vocal) să se verifice dacă receptorul DTMF recunoaște corect codurile cifrelor formate.

Întrebări:

Câte frecvențe sunt necesare pentru reprezentarea în cod multifrecvență a celor 12 butoane principale de pe tastatura terminalului telefonic?

Care este timpul necesar pentru formarea unui număr de telefon alcătuit din 10 cifre? Constituie acest timp un avantaj față de alte metode de semnalizare cunoscute?

Este rezistent codul DTMF la interferențele ce apar în linie? Dar la apariția semnalului vocal?

Care sunt frecvențele unui semnal perturbator, față de care semnalizarea prin cod multi-frecvență este cel mai vulnerabilă?

Rezultate experimentale:

Cronometrarea duratei tonului:

Durata de formare a celor 10 cifre, cu pauză minimă între ele:

ttotal≈2s => tcifră≈0,2s

Timpul mediu de formare al unei cifre la semnalizarea prin impulsuri este:

1,29s « 0,2s=tcifră

Timpul necesar pentru a forma pe rând toate cele 10 cifre de pe tastatura telefonului:

t=3,7s

Timpul necesar pentru a forma un număr cunoscut:

t=3,7s÷4,2s

In concluzie, se observă că, performanțele codului DTMF sunt bune relativ la reacțiile umane. Timpul necesar pentru a semnaliza formarea unei cifre este mai mic decât timpul necesar utilizatorului să formeze o cifră.

Semnificația led-urilor:

Ledurile D0, D1, D2, D3 sunt folosite pentru reprezentarea cifrelor formate în cod binar: D0 -> ; D1 -> ; D2 -> ; D3 -> .

Tonurile DTMF:

Semnalele transmise pe linie către centrul de comutație daca se folosește pentru semnalizare codul multifrecvență, determinate experimental sunt prezentate în figura 5.3.4.

Imunitatea la zgomote:

Dacă se aplică doar unul dintre semnalele interferente care sunt puse la dispoziție (cel sinusoidal sau dreptunghiular), sau dacă doar se vorbește în receptor, receptorul DTMF nu detectează formarea vreunei cifre atunci când nu se apasă nici un buton.

In cazul în care se aplică ambele semnale interferente disponibile, se observă că zgomotul în linie este mult mai mare. Dacă în plus se și vorbește în receptor, componentele spectrale care apar pe linie sunt mult mai numeroase decât în cazul aplicării unui singur semnal interferent. Din acest motiv, în acest caz este mai probabil ca receptorul DTMF să interpreteze că s-a transmis o semnalizare deși nu a fost apăsat nici un buton de pe tastatura terminalului telefonic. Cu toate acestea, se observă practic că foarte rar se întâmplă ca receptorul DTMF să ‚greșească’.

Cea mai eficientă combinație de semnale interferente, care ar putea să determine o interpretare greșită de către receptorul DTMF a semnalelor din linie este folosirea unui semnal dreptunghiular de 1,1kHz și a unui semnal sinusoidal de 800Hz. Aceste frecvențe se află ambele în intervalul de frecvențe înalte și respectiv joase în care se găsesc și frecvențele prin combinația cărora se formează tonurile DTMF.

Dacă se pune problema recunoașterii semnalizărilor transmise, adică a cifrelor formate în prezența zgomotelor, se observă că aceasta se face în bune condiții în cazul în care este prezent pe linie doar unul dintre zgomote. Același lucru se întâmplă și dacă se vorbește în receptor în timpul formării cifrelor.

In schimb, dacă se aplică ambele zgomote și eventual se și vorbește, receptorul interpretează greșit semnalizările primite, iar codurile ce se formează la ieșirea detectorului DTMF nu corespund cu codul binar al cifrelor formate.

In concluzie, codul multifrecvență este rezistent atât la zgomote cât și la semnalul vocal și din acest motiv el se poate folosit cu succes în telefonie și pentru transmiterea unor semnalizări în timpul convorbirii.

Circuite de trecere de la 2 la 4 fire:

Scopul lucrării:

Acest paragraf urmărește înțelegerea utilității circuitelor de transformare de la 2 la 4 fire și testarea proprietăților și performanțele acestora.

Breviar teoretic:

Acest circuit separă semnalul audio primit de cel transmis, care sunt amândouă transmise pe aceeași pereche de fire. El face conversia între interfața pe 2 fire și cea pe 4 fire.

Terminalul telefonic este conectat la circuitul de interfață prin o singură pereche de fire. Când semnalul trece de circuitul de interfață și ajunge la centrul de comutație semnalele analogice sunt convertite în formă digitală. Pentru aceasta este necesar să se folosească circuite separate pentru fiecare direcție, deci un circuit de patru fire (două perechi de fire). După circuitul de interfață, fiecare pereche de fire este alcătuită dintr-un fir de semnal și unul de pământare.

Este necesară o atenuare puternică pentru a evita amplificarea în buclă. Intr-un sistem cu conversie de la 2 la 4 fire, pot apărea oscilații. De asemenea pot apărea ecouri neplăcute care duc la scăderea calității transmisiei.

Pentru mulți ani, circuitele de conversie, atât din centrul de comutație cât și din terminalul telefonic, erau de fapt transformatoare cu priză mediană, însă nu erau foarte eficiente. In astfel de circuite, semnalul de la circuitul de interfață este divizat egal între sensul de transmisie și de recepție. Ieșirea la terminalul de transmisie are o amplitudine egală doar cu jumătate din semnalul de intrare. Semnalul care este direcționat spre terminalul de recepție este pierdut, deoarece ajunge la ieșirea unui circuit unidirecțional cum ar fi un amplificator sau un CNA.

In zilele noastre, se evită folosirea transformatoarelor speciale care sunt scumpe, și se folosește tot mai mult circuite electronice, care sunt mai ieftine. Circuitele de trecere moderne sunt alcătuite din un transformator audio pentru izolare galvanică, două amplificatoare operaționale, rezistoare și condensatoare, iar cele mai moderne abordări încearcă să evite de tot folosirea transformatoarelor prin folosirea de circuite electronice active către terminalul telefonic și optocuploare unde este nevoie de izolare.

Circuitul de conversie folosit pe placa de lucru este un circuit electronic cu performanțe superioare. Trecerea de la 2 la 4 fire se realizează cu un dispozitiv numit circuit diferențial(Hybrid).

Pentru a-și îndeplini funcția, acest dispozitiv introduce atenuări mici pentru transmisie între porturile a -> b și c -> a și atenuări mari pentru transmisia c -> b. Astfel, semnalul analogic de la linia a se regăsește ușor atenuat pe borna b a circuitului diferențial; el este conectat apoi la dispozitivul de conversie analog-numeric. Semnalul numeric produs de acesta este apoi transmis prin rețeaua de conexiune.

Circuitul diferențial trebuie să introducă atenuări mari între portul c și portul b pentru a limita ecoul și pentru a evita ecoul și pentru a evita eventualele oscilații ce pot apărea pe bucla închisă din cadrul sistemului de transmisie pe patru fire. Fixarea atenuărilor ce caracterizează acest circuit se realizează prin ajustarea componentelor variabile din rețeaua de echilibrare.

Funcțiile interfețelor de joncțiuni sunt similare cu cele ale interfețelor de linie. Pentru că, în general, transmisia pe joncțiuni se face pe 4 fire, circuitul diferențial nu mai este necesar a fi folosit în rețeaua de legătură dintre centrale.

Montajul experimental:

Montajul experimental folosit pentru evidențierea caracteristicilor circuitului de trecere de la 2 la 4 fire (diferențial)este prezentat în figura 5.4.2. Acesta este alcătuit din circuitul de interfață la linia de abonat, la care e conectat circuitul diferențial (hibrid) care face conversia de la două la patru fire. Performanța circuitului este influențată de impedanța la circuitul de interfață. Pentru crearea condițiilor optime este conectat la pământ un rezistor variabil de echilibrare. Valoarea rezistenței acestuia poate fi variată cu ajutorul potențiometrului ‚Level’ de pe placa de lucru.

Frecvența semnalului sinusoidal care este transmis pe linia de abonat poate fi de asemenea variată prin intermediul unui potențiometrului ‚Oscilator-Frequency’ de pe placa de lucru.

Semnalele de la porturile circuitului de transformare de la 2 la 4 fire, pot fi vizualizate la punctele de test disponibile, astfel:

PT13 -> semnalul de intrare, provenit de la circuitul de interfață la linia de abonat;

PT10 -> semnalul de la terminalul de recepție;

PT15 -> semnalul de la terminalul de transmisie.

Pentru a măsura performanțele circuitului pe sensul de transmisie, se aplică un semnal de intrare la portul conectat la circuitul de interfață la linia de abonat(SLIC), ce trebuie transmis cât mai eficient spre linia de transmisie. La celelalte două porturi ale circuitului diferențial se obțin semnale considerate de ieșire.

Pentru a măsura performanțele circuitului pe sensul de recepție, se aplică un semnal de intrare la portul de recepție al circuitului diferențial. Acesta trebuie să se recepționeze cât mai eficient în linia de abonat. La celelalte două porturi ale circuitului diferențial se obțin semnale considerate de ieșire.

Desfășurarea lucrării:

Se rulează aplicația ‚Practical 1: Hybrid Return Loss Mesurement’.

Se face măsurarea atenuării semnalului pe calea de întoarcere. In acest caz, semnalul de intrare se consideră semnalul de la portul de recepție. Acesta trebuie să se transmită cu pierderi minime către portul conectat la circuitul de interfață și să fie atenuat cât mai mult către portul de transmisie.

Se conectează semnalul de la PT13 la unul dintre canalele osciloscopului, iar semnalul de la PT15 la celălalt canal al osciloscopului. Daca se face vizualizarea pe modul ‚dual’ se vor putea vedea pe osciloscop semnalul de pe linia de abonat și semnalul de pe linia de transmisie, iar dacă se face vizualizarea pe modul ‚add’, se poate vedea pe osciloscop semnalul de pe linia de recepție care este de fapt suma semnalelor de la celelalte două porturi.

Se variază valoarea rezistenței de echilibrare și se observă cum variază cele trei semnale.

Se fixează rezistența de echilibrare la valoarea la care se observă că pierderile sunt minime și se determină atenuarea între portul de intrare celelalte două porturi la frecvențele 300Hz, 800Hz și 3,4kHz.

Se rulează aplicația ‚Practical 2 : Hybrid forward loss measurement’.

Se face măsurarea atenuării semnalului pe calea de întoarcere. In acest caz, semnalul de intrare se consideră semnalul de la portul ce este conectată la circuitul de interfață al liniei de abonat. Acesta trebuie să se transmită cu pierderi minime către portul de transmisie și să fie atenuat cât mai mult către portul de recepție.

Se conectează la osciloscop semnalele de la punctele de test TP15 și TP10, care pot fi vizualizate împreună, sau dacă se face vizualizarea în modul ‚Add’ se va putea observa semnalul de la TP13, care este de fapt suma celorlalte două.

Se variază valoarea rezistenței de echilibrare. Ce se observă?

Pentru valoarea rezistenței obținută la echilibrare optimă în cazul anterior, să se determine atenuarea între portul conectat la circuitul de interfață și celelalte două porturi la frecvența de 300Hz, 800Hz și 3,4kHz

Întrebări:

Cum se poate obține o atenuare maximă între calea de transmisie și calea de recepție? De ce este necesară o atenuare cât mai mare între aceste căi?

Care este diferența între comportarea circuitului de transformare 2/4 fire pe sensul de recepție și pe sensul de transmisie?

Rezultate experimentale:

Măsurarea atenuării pe sensul de recepție:

Daca se variază valoarea rezistenței de echilibrare se observă că semnalul de la portul de ieșire care reprezintă pierderea, crește sau scade. Dacă rezistența este minimă și apoi se crește, pierderea scade până la 0, iar apoi crește din nou, dar cu polaritate inversă. In primul caz, semnalul transmis către circuitul de interfață este atenuat, iar apoi, când polaritatea semnalului către portul de transmisie se inversează, semnalul de la portul conectat la circuitul de interfață devine mai mare decât semnalul de intrare.

Semnalele de la cele trei porturi în cazul în care circuitul nu este echilibrat sunt prezentate în figura 5.4.3, iar în cazul în care circuitul este echilibrat în figura 5.4.4.

In cazul în care circuitul nu este echilibrat se observă că semnalul care rezultă în linia de abonat (de la portul conectat la SLIC) nu este același cu cel care a fost recepționat. La acesta se adaugă și semnalul de la portul de transmisie. În funcție de valoarea impedanței de ieșire a circuitului de interfață la linia de abonat, acesta poate să fie de amplitudine mai mare sau mai mică. In cazul în care amplitudinea este mai mică este posibil ca în prezența zgomotelor, semnalul să-și piardă din calitate, adică, raportul semnal per zgomot să scadă. In cazul în care amplitudinea este mai mare, ar putea apărea amplificare în buclă între recepție și transmisie.

In cazul în care circuitul este echilibrat, semnalul la portul de transmisie este foarte mic, deci nu afectează calitatea semnalului ce ajunge în linia de abonat și nu există riscul unei reacții pozitive.

Amplitudinea semnalului la portul de recepție este 1V vârf la vârf. Dacă se variază frecvența semnalului de pe linia de transmisie se obțin următoarele atenuările din tabelul 5.3.1.

Tabel 5.3.1 Atenuări între porturile circuitului diferențial măsurate pe sensul de recepție

Se observă că în cazul în care circuitul diferențial folosit este neechilibrat, atenuarea către portul de transmisie este mai mică decât atunci când circuitul este echilibrat, iar spre portul de transmisie se introduce o mică amplificare.

Măsurarea atenuării pe sensul de transmisie:

Dacă se variază rezistența de echilibrare se observă că atenuarea între porturi nu se modifică, deci, performanțele circuitului de trecere nu depinde de impedanța circuitului de interfață.

Se determină atenuările pe cele două căi după ce se fixează rezistența de echilibrare la valoarea stabilită la studiul pentru sensul de recepție pentru echilibrare.

Tabel 5.3.2 Atenuări între porturile circuitului diferențial măsurate pe sensul de transmisie

Testarea circuitelor de interfață:

Scopul lucrării:

In acest paragraf se urmărește determinarea prin experiment a facilităților de bază oferite de blocul ‚Test desk’ și înțelegerea principiilor de bază folosite pentru testarea sistemelor de telefonie.

Breviar teoretic:

Blocul de testare din centrul de comutare este localizat în punctul în care linia de transmisie este conectată la centrul de comutație. Astfel, este capabil să realizeze teste în ambele direcții, către centrul de comutație și către terminalul telefonic.

Unele teste pot fi făcute direct de către blocul de comutație. Altele, necesită consultarea unui tehnician, sau prezența utilizatorului la terminalul telefonic.

Testele către centrul de comutare pot fi foarte amănunțite. Toate circuitele de semnalizare, tonurile de semnal și mesajele și circuitele de vorbire pot fi testate.

Este importantă menținerea continuă a unor teste de rutină ale sistemului pentru a asigura eficiența sistemului și identificarea defectelor înainte ca acestea să cauzeze probleme.

Pe placa de lucru, sunt folosite relee pentru a deschide conexiunile dintre linie și circuitul de interfață la linia de abonat și pentru inserarea de echipamente de test, care să simuleze acțiunea unui bloc de testare.

Pentru determinarea rezistenței telefonului și a liniei se face testarea înspre linia de abonat. In acest caz, rezistența liniei este cunoscută deoarece ea este simultană și astfel, rezistența telefonului poate fi determinată. In practică, rezistența telefonului este cunoscută și astfel rezistența liniei poate fi determinată. Aceasta este important de cunoscut când se ia în considerare atenuarea și tensiunea de alimentare.

Pentru aflarea performanțelor sursei constante de curent se face testarea către centrul de comutație. Aceasta demonstrează acțiunea sursei de curent. De asemenea, se determină ce valoare a rezistenței este acceptabilă pentru un circuit telefonic.

Sursa de tensiune a circuitului de interfață la linia de abonat.

Circuitul de interfață furnizează o sursă de alimentare terminalului telefonic. Astfel, se menține o valoare constantă a curentului pe linie și astfel variațiile de tensiune care formează semnalul vocal nu sunt pierdute.

Rezistența liniei până la terminalul telefonic variază în funcție de distanța dintre centrul de comutație și telefon. Dacă rezistența este mare, atunci este necesară o tensiune mare pentru a menține curentul. Pentru orice circuit de interfață la linia de abonat, rezistența maximă a liniei este limitată de sursa ei de tensiune.

Montaje experimentale:

Pentru determinarea rezistenței terminalului telefonic și a liniei se folosește montajul experimental din figura 5.5.1. Pentru efectuarea măsurătorii se decuplează circuitul de interfață de la linia de abonat și se conectează la aceasta o sursă de alimentare de 30V și un miliampermetru în serie. O rezistență de 2kΩ este folosită pentru a simula rezistența liniei. Pentru a deschide conexiunile dintre linie și circuitul de interfață la linia de abonat și pentru inserarea de echipamente de test sunt folosite relee.

Pentru testarea funcției de furnizare a unui curent constant de către circuitul de interfață pe linia de abonat, se folosește montajul din figura 5.5.2.

Prin intermediul unui releu se deconectează linia de abonat de la circuitul de interfață și se introduce o rezistență variabilă în locul terminalului și a liniei, pentru a simula rezistența liniei. Sunt conectate de asemenea un voltmetru și un ampermetru.

Prin intermediul potențiometrului ‚Test in’ se poate modifica valoarea rezistenței ce simulează linia de abonat. De asemenea, valoarea curentului pe linie poate fi variată.

Desfășurarea lucrării:

Se rulează aplicația ‚Practical 1 : Test Out – Terminal resistence’. Se determină care este rezistența telefonului.

Se rulează aplicația ‚Practical 2 : Test In – Constant Current Source’. Se crește rezistența rezistorului variabil de test de la minimum. Pe măsură ce crește. Tensiunea crește pentru a menține nivelul constant al curentului, însă când tensiunea maximă a fost atinsă, curentul scade dacă rezistența crește în continuare.

Considerându-se curentul nominal pe linie, folosit pentru alimentarea telefonului să se determine rezistența maximă ce poate fi asigurată de acest circuit de interfață. Dacă se consideră rezistența terminalului telefonic determinată anterior, să se determine rezistența maximă a liniei.

Să se repete determinările pentru alte valori ale curentului de linie : 10mA și 30mA. Comparați rezultatele.

Întrebări:

Care este rezistența terminalului telefonic?

Care este rezistența maximă totală care poate fi alimentată de la circuitul de interfață folosit pentru o valoare nominală a curentului pe linie?

Rezultate experimentale:

Determinarea rezistenței telefonului:

Se citește pe instrumentele virtuale:

I=12mA, V=30V =>

Se cunoaște că linia de abonat este simulată printr-o rezistență de 2kΩ, și se obține:

RTelefon=500Ω

Determinarea rezistenței maxime a liniei pentru diferite valori ale curentului de linie:

Valoarea nominală a curentului pe linie este de aproximativ 20mA.

Se fixează rezistența de test la valoarea minimă și curentul pe linie corespunzător la valoarea nominală de 20mA. Se crește apoi progresiv valoarea rezistenței și se obțin valorile din tabelul 5.5.1.

Tabel 5.5.1

Se observă din tabel că la scăderea curentului la valoarea de 9,1mA se obține o tensiune de 20,3V, și astfel se obține rezistența maximă a liniei pentru acest caz:

=>

Pentru cazul în care se fixează curentul de linie la 10mA pentru rezistența de test minimă, la creșterea progresivă a rezistenței de test se obțin valorile din tabelul 5.5.2.

Tabel 5.5.2

Se observă din tabel că la scăderea curentului la valoarea de 9,1mA se obține o tensiune de 23,9V, și astfel se obține rezistența maximă a liniei pentru acest caz:

=>

BIBLIOGRAFIE