ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА теория и практика
Свойства каналов связи
2.3.1. Измерение сигнала в каналах связи
Для большинства измерений в речевых системах и системах данных используют показатель уровня мощности. Уравнения для мощности следующие:
Р = VI,
Р = v2/r, p = i2r,
-де Р - мощность (в ваттах); V - напряжение (в вольтах); /- ток (в амперах); R - сопротивление.
Использование уровня мощности берет начало от Александра Грэхема Белла (Alexander jraham Bell), который изобрел единицу измерения для силы звука. Эта единица стала называться «бел». Одна десятая бела называется децибел (дБ).
Человеческое ухо воспринимает силу звука логарифмически. Так, уровень в 100 ватт по сравнению с уровнем в 10 ватт для человеческого уха слышится громче в два раза (но не в 10 раз).
Возрастание силы звука на один децибел является примерно наименьшим приростом, <оторый способно различить человеческое ухо.
, Эта единица измерения используется в настоящее время в качестве основы для измерения относительных уровней мощности в радио-, телефонных сетях и сетях данных. Для сети на рис. 2.4 усиление системы будет следующим:
Усиление = Log]0(PB/PA) бел
= l0Logl0(PB/PA) децибел
|
Рис. 2.4. Усиление и пот. Ери в цепи Обратите внимание, что это относительная величина. Результирующее значение является мерой уровня мощности в точке В по отношению к уровню мощности в точке А (мощность В относительно мощности А). Результат НЕ является абсолютной величиной. Например, если для показанной на рис. 2.4 системы входной сигнал в точке А 1 ватт, а выходной сигнал в точке В 10 ватт, усиление системы будет следующим: Усиление = 1 OLogi 0(10/1) - 10 х (1) = 10 децибел 10 децибел записывается как 10 дБ. Работая с радио-, телефонным оборудованием и оборудованием для данных, измерения в системе могут производиться по отношению к 1 ватту или 1 милливатту в единственной1 точке (вместо сравнения с уровнем мощности в другой точке). Уравнение прйнимает вид: |
Уровень = Logl0(Pil) : dBW
(По отношению к 1 ватту) ,
Уровень = lOZogio^/lO"3) : dBm (По отношению к 1 милливатту)
Если измерения необходимо провести в вольтах или амперах, заменяя мощность на ■ • V2/R или I2R, .
получим:
Усиление = 10Log] о( Vb2Ra! ^а^в) дБ-
Когда Ra = RB:
Усиление = 20Logio(V#/VA) дБ,
или:
Усиление = 10 Logl oCV^b^a^a) ДБ.
Если Ra = RB:
Усиление = 20Logio(IBiIA) дБ.
Обычно ЯА равно' RB, и можно использовать вторую формулу.
Напряжения иногда тоже выражают в децибелах, в этом случае их измеряют по отношению к 1 волыу или 1 микровольту, то есть дБВ (dBV) или дБмкВ (dBjuV) соответственно.
2.5.2. Затухание сигнала
Когда сигнал проходит вдоль канала связи, его амплитуда уменьшается, поскольку физическая среда сопротивляется потоку электрической или электромагнитной энергии. Этот эффект известен как затухание сигнала. При передаче электрических сигналов некоторые материалы, такие, как медь, являются более эффективными проводниками, чем другие. Однако все проводники содержат примеси, которые сопротивляются движению образующих электрический ток электронов. Сопротивление проводников вызывает преобразование некоторой части электрической энергии сигнала в тепловую энергию по мере продвижения сигнала по кабелю, что ведет к постоянному снижению уровня электрического сигнала. Затухание сигнала выражается потерей мощности сигнала на единицу длины
|
0 |
1 1 |
0 |
1 |
0 0 ‘ |
1 |
|
|
! |
і |
Время |
|
Передаваемы^ сигнал |
|
кабеля, обычно в децибелах на километр (дБ/км). |
|
|
|
Сигнал на расстоянии d |
|
Сигнал расстоянии 2d |
|
Рис. 2.5. Затухание сигнала |
Для затухания устанавливается предел для максимальной длины канала связи. Это делаемся для того, чтобы гарантировать, что прибывающий на приемник сигнал обладает достаточной амплитудой для надежного распознавания и корректной интерпретации. Если канал превышает эту максимальную длину, на его протяжении для восстановления приемлемого уровня сигнала должны использоваться усилители или повторители (repeater).
|
Передатчик Повторитель Приемник
Рис. 2.6. ПОВТОРИТЕЛИ СИГНАЛА Затухание сигнала увеличивается с ростом частоты. Это вызывает искажение реального сигнала, содержащего диапазон частот. Например, у цифрового сигнала есть очень острый, быстро растущий фронт импульса, создающий высокочастотный компонент. Чем острее (быстрее) подъем, тем больше будет компонент частоты. Это показано на рис. 2.5, где период фронта ослабленных сигналов прогрессивно увеличивается по мере прохождения сигнала по кабелю из-за большего затухания высокочастотных компонент. Эту проблему можно преодолеть использованием специальных усилителей (эквалайзеров), которые усиливают подверженные большему затуханию высокие частоты. Свет также затухает при прохождении сквозь стекло во многом по тем же причинам. Электромагнитная энергия (свет) поглощается из-за естественного сопротивления стекла. |
