Лекція Принцип та організація телефонної передачі інформації. Оцінка якості передачі мови по з’єднувальному тракту

Мережі електрозв'язку являють собою комплекс споруд, що містять кінцеві пристрої, лінії зв'язку і комутаційне обладнання. Кінцеві пристрої електрозв'язку перетворюють вихідний/вхідний сигнал, тобто мовний, письмовий і ін„ в електричний сигнал, для передачі його в мережу електрозв'язку.

Відомо, що інформація в електрозв'язку передається по лініях зв'язку з одного пункту в інший, а комутаційне обладнання створює з'єднувальні тракти, по яким інформація розподіляється у відповідних напрямках.

Таким чином, сукупність кінцевих пристроїв, комутаційного обладнання та ліній зв'язку забезпечують організацію передачі різної інформації на відстані.

Передача мовних сигналів на відстані в електрозв'язку здійснюється у вигляді електричної енергії, тому звукові коливання для передачі перетворюються в електричні сигнали, а на прийомній стороні відбувається зворотне перетворення. Система, що забезпечує передачу мовних сигналів на відстань, називається трактом телефонної передачі мови.

Тракт телефонної передачі являє собою сукупність елементів, призначених для електричної передачі мови на відстань.

Т елефонні тракти містять акустикоелектричні (АЕП), електроакустичні (ЕАП) перетворювачі, які є складовими частинами телефонного апарату (ТА), а також каналів зв'язку, що складаються з лінії зв'язку (ЛЗ) і станційних комутаційних пристроїв (КП) мережі зв'язку (рис. 1.1).

ТА з'єднані з комутаційним вузлом за допомогою лінії зв'язку і називаються абонентськими лініями (АЛ). Комутаційні вузли, в які підключені АЛ, називаються автоматичною телефонною станцією (АТС). Лінії, що з'єднують між собою декілька АТС називаються з'єднувальними лініями (ЗЛ).

Абонентські лінії є. індивідуальними лініями, вони закріплюються за кожним ТА, а з'єднувальні лінії є лініями загального користування і беруть участь у з'єднаннях ТА абонентів різних АТС (рис. 1.2).

Сукупність технічних засобів (ТА, станційні та лінійні спорудження), призначених для встановлення з'єднання між двома ТА абонентів для передачі інформації, називаються з'єднувальним трактом. З'єднувальний тракт утворюється тільки на час передачі інформації між двома ТА абонентів.

Оцінка якості передачі мови по з'єднувальному тракту

Оцінка якості передачі мови необхідна для:

• висновку про придатність з'єднувального тракту для експлуатації та визначення нижньої межі якості, при якій ще відсутні дорікання з боку абонента;

• порівняння різних трактів між собою;

• розрахунку параметрів проектованого тракту.

Оцінка якості переданого мовного сигналу є складною задачею, оскільки залежить від спільного впливу багатьох факторів:

• фізичних характеристик мови і слухового апарату;

• частотних характеристик з'єднувального тракту;

• умови передачі та прийому мовних сигналів.

Якість передачі мовних сигналів по з'єднувальному тракту визначається трьома факторами мови:

• розбірливістю;

• голосністю;

• природністю.

Вимір величин, що характеризують ці фактори, використовуються для розробки методів оцінки якості телефонної передачі мовних сигналів.

Оцінки слухового сприйняття

Звуком називається зворотньо-поступальний рух часток пружного середовища поблизу положення рівноваги, який здатний викликати слухове сприйняття. Принцип поширення звуку в просторі обумовлений переміщенням молекул звуку X зі швидкістю звуку.

Тому що коливальний рух молекул середовища призводить до періодичної зміни тиску, то, отже, звукове поле можна характеризувати і звуковим тиском Р(t).

Звуковим тиском Р(t) - називається надлишковий тиск у порівнянні з атмосферним у даній точці звукового поля

Звуки мови утворюються в результаті роботи голосового апарату людини. Вони то стискають, то відкривають голосову щілину, пропускаючи повітря імпульсами, частота проходження, яких постійна для кожної людини і дорівнює частоті вільних коливань голосових зв'язок

Частотний спектр містить велику кількість гармонійних складових, причому амплітуда зменшується зі збільшенням частоти

Звук, проходячи через систему резонаторів, обумовлює зміни гармонійних складових, амплітуда одних складових підсилюється, інших послабляється. Область частотного спектру, де відбувається зміна гармонійних складових, називається формантною областю, чи просто формантами .

Звуки мови відрізняються один від одного числом формант і їхнім розташуванням в частотному спектрі. Чіткість мовного сигналу залежить від того, яка частина форманти дійшла до споживача мови без перекручування.

На підставі дослідження російської мови визначені основні спектральні і тимчасові характеристики мови.

До спектральних характеристик відносяться:

діапазон частот f= 80 1200 Гц;

діапазон формант f= 200 : 8600 Гц;

число формант у звуці 1 - 6.

Максимальне число формант знаходиться в діапазоні частот від 300 -3400 Гц. Тому МККТТ обрав для передачі мови по телефонним каналам зв'язку діапазон частот f= 300 - 3400Гц.

Вилив пружних коливань на органи слуху людини сприймається як звук. Область звукових коливань обмежена по частоті й амплітуді. Спектр частот, що відчувається людиною, знаходиться в межах 16+20000 Гц, з його збільшенням верхня межа спектра знижується.

Мінімальна інтенсивність І_тІп звуку, при якій виникає слухове відчуття, називається порогом чутності. Поріг чутності залежить від частоти.

Зі збільшенням інтенсивності звуку кожної з частот підсилюється його відчуття і при деякому значенні Imin у полості вуха з'являється почуття болю. Це значення називається порогом болісного відчуття.

Область звукових коливань, яка розміщена між частотними характеристиками порога чутності N_ч і болісного відчуття N_б, називається областю слухового сприйняття.

Адаптація - це здатність органу слуху до зміни чутливості й інтенсивності коливань, що впливають.

ЛЕКЦІЯ

КЛАСИФІКАЦІЯ ТЕЛЕФОННИХ АПАРАТІВ. БУДОВА І ПРИНЦИП ДІЇ ЕЛЕМЕНТІВ ТЕЛЕФОННОГО АПАРАТУ

В залежності від конструктивного виконання та виконуваних функцій виділяють чотири класи складності телефонних апаратів (ТА):

• багатофункціональні ТА відносяться до 0 групи;

• ТА з додатковими функціональними можливостями - до першої групи;

• ТА з кнопковим набором номера, тональним приймачем викличного сигналу - до другої групи;

• ТА з дисковим номеронабирачем, електромагнітним дзвінком і вугільним чи не вугільним мікрофоном - до третьої групи.

Конструктивно ТА підрозділяються на:

• настільні;

• настінні;

• уніфіковані;

• переносні.

• ТА розподіляються на:

• аналогові;

• цифрові з аналого-цифровим перетворювачем;

• відеотелефони;

• телефонні апарати ISDN мережі.

На телефонних мережах зв'язку знаходиться велика кількість ТА загального застосування. Останнім часом використовуються в якості кінцевих пристроїв ТА з кнопковим набором номера.

У порівнянні з апаратами з дисковим номеронабирачем, апарати з кнопковим номеронабирачем забезпечують виконання більш жорстких вимог до вихідних параметрів сигналу, набору номера, сумарної тривалості імпульсів і пауз, імпульсному коефіцієнту в міжсерійному часі, що сприяє поліпшенню роботи станції.

До складу телефонного апарата входять наступні пристрої (рис. 1.б):

• пристрій розмовного тракту (ПРТ) - мікрофон (М) і телефон (Т), об'єднані конструктивно в слухавці, і ряд схемних елементів, що забезпечують можливість якісної розмови між абонентами;

• викличний пристрій (ВП) - служить для прийому сигналу про виклик, що надійшов, тобто приймає акустичний сигнал виклику;

• важільний перемикач (РП) - призначений для комутації при встановленні з'єднання;

• номеронабирач (НН) - призначений для формування адресної інформації та встановлення з'єднання з викликаємим абонентом, тобто номеронабирач перетворює цифри 0-9 в електричний сигнал.

Рис. 1. Блок-схема ТА.

Вимоги до телефонних апаратів:

• ефективно передаюча смуга частот ТА повинна бути в межах від 0,3 -3,4кГц;

• складова розбірливість мови, при загасанні лінійних ділянок тракту g=-30,4 Дб, рівня шуму в місці прийому а = 60 Дб, повинна складати 75%;

• ТА повинний стійко працювати при температурах -10° + +45 °С та відносної вологості до 90 %;

• важільний перемикач повинен витримувати без регулювання не менше ніж 300 тис. спрацьовувань.

В даний час за допомогою телефонного зв'язку можна отримати, крім переговорів, ряд різних довідок, наприклад, прогноз погоди на день і на тиждень, інформацію про температуру повітря, консультацію адвоката по правових питаннях, поради лікаря-консультанта та інше.

Мікрофон і телефон

Мікрофон і телефон є акустико-електричними і електроакустичними перетворювачами. За принципом роботи перетворювачі підрозділяються на:

• електродинамічні;

• електромагнітні;

• п'єзоелектричні;

• конденсаторні;

• транзисторні;

• вугільні.

Мікрофон призначений для перетворення акустичного сигналу в електричний, а телефон робить зворотнє перетворення.

Розглянемо принципи перетворення.

На вхід мікрофона подається звуковий тиск Р(t), а на виході повинні одержати електричний сигнал Ем. В телефон на вхід подається електричний сигнал U_т, на виході одержуємо акустичний сигнал Р(t) (рис. 2.).

Рис.2. Блок-схема мікрофону та телефону

Принцип дії електростатичного (конденсаторного) мікрофона

Електростатичний мікрофон має заряджений конденсатор із гнучкою пластиною, яка може рухатися під дією звукових сигналів. Такі рухи приводять до зміни ємнісного опору і, отже, до зміни напруги в мікрофоні за законом

U = Q/C

де (Q - заряд конденсатора; С - ємність конденсатора.

Конденсаторний мікрофон є досить чуттєвим (близько 10 мВ/Па), але вимагає надзвичайно високого опору ізоляції. Часто цей мікрофон включають як передпідсилювач, щоб зменшити опір до необхідної величини в декілька Ом. Принцип роботи електростатичного (конденсаторного) мікрофона полягає в наступному (рис. 3).

Рис. 3. Схема включення мікрофона

Мембрана (1), яка зроблена з електропровідного матеріалу і електрод (2) розділені ізолюючим кільцем (3) і являють собою конденсатор. Жорстко натягнута мембрана під впливом звукового тиску Р(t) робить коливальні рухи щодо нерухомого електроду (2). Конденсатор увімкнено в електричний ланцюг послідовно з джерелом напруги постійного струму Е_о й активним навантажувальним опором R. При коливанні мембрани ємність конденсатора змінюється з частотою звукового тиску, що впливає на мембрану Р(t). В електричному ланцюгу протікає змінний струм тієї ж частоти. На навантажувальному опорі R виникає змінна напруга, яка є вихідним сигналом мікрофону Е_м.

На нинішній момент у сучасних ТА застосовуються електронні мікрофони. Вони мають підвищені електроакустичні та технічні характеристики. Оскільки електростатичні мікрофони володіють високим вихідним опором, то для його зменшення, як правило, в корпус мікрофона монтують струмовий повторювач на польовому n-канальному транзисторі з р-n переходом. Це дозволяє знизити вихідний опір до величини декількох кілоом і зменшити втрати сигналу при підключенні до входу підсилювача сигналу мікрофона.

На рис. 4 наведена схема електронного мікрофона МКЕ – 3

Рис. 4. Електронний мікрофон МКЕ-3:

а- внутрішня схема, б- схема мікрофонного підсилювача

Телефон

Телефон є електроакустичним перетворювачехм. Він призначений для перетворення електричного сигналу Uc у звукові коливання Р(t).

Принцип дії телефону

Припустимо, що U_с = 0, тобто Ф~= 0, тоді мембрана телефону утримується притягнутою до полюсних надставок постійним магнітним потоком тому, що Ф#0.

При U_с 0, тобто Ф~0, в залежності від напрямку розмовного струму в обмотці, створюваний магнітний потік Ф, або збільшує або зменшує початкову силу F притягання мембрани. У результаті взаємодії двох потоків Ф і Ф_ змінюється результуюча сила F, що викликає коливання мембрани телефону з амплітудою А_п. Таким чином, відбувається перетворення електричного сигналу у звукові коливання.

Якість роботи перетворювачів оцінюється чутливістю S.

Під чутливістю мікрофона S_М розуміють відношення діючого значення ЕРС на його затискачах Е_м до величини звукового тиску Р(t), тобто

S_м = E /P В/Па

Під чутливістю телефону розуміють відношення величини звукового тиску Р(t), розвинутого телефоном, до величини діючого значення змінної напруги Uт, прикладеної до його затискачів, тобто

S = P/Uт Па/В

Величина чутливості перетворювачів залежить від частоти f Залежність S(f)=f називається частотною характеристикою чутливості перетворювача.

Ефективність роботи перетворювача в робочому діапазоні частот f₁ – f₂ оцінюється величиною його середньої чутливості:

В залежності від типу перетворювачів у довідниках є графік частотних характеристик, тоді розрахунок можна зробити по формулі:

де п - число вимірів, на яких проводится визначення величини S за характеристикою перетворювача.

Відхилення чутливості перетворювача на різних частотах від його середнього значення приводить до частотних перекручувань. Ступінь такого перекручування оцінюється нерівномірністю частотної характеристики чутливості, яка вимірюється в децибелах і визначається за формулою

Де Smax., Smin - найбільше та найменше значення чутливості перетворювача в робочому діапазоні частот f₁ – f₂.

Номеронабирач ТА

Номеронабирачі (НН) бувають дискові та кнопкові. В дискових НН при наборі номера (заводі диску) контакти 1-2 замикаються і шунтують розмовні прилади (РГП). При зворотному русі диску контакт 1-2 залишається замкнутим, а контакт 3-4, названий імпульсним, періодично розмикається так, щоб число розмикань ланцюга постійного струму (число імпульсів, які надходять до АТС ) відповідало цифрі номеру, що набирається (рис. 5). Таким чином, інформація про цифру номеру передається до АТС у вигляді серії імпульсів постійного струму. На рис. 5 показано графік струму в абонентській лінії при наборі цифри «2». З діаграми видно, що період утворення електричного сигналу складає:

T = t_р + t_з

де t_р - час розімкнутого стану імпульсного контакту; t₃- час замкнутого стану імпульсного контакту.

Рисі. 5. Графік струму в абонентській лінії при наборі цифри «2».

Нормальною тривалістю кожного імпульсу вважається час Т=100 мс, що відповідає частоті проходження імпульсів. У цьому випадку І_р=61,5 мс та І₃=38,5мс.

Важливим з параметрів НН є імпульсний коефіцієнт - відношення часу розмикання імпульсного контакту до часу замикання, тобто

К = tр /tз

У вітчизняних НН К=1,4 - 1,7.

Велике значення має також міжсерійний час Т_мі - проміжок часу між закінченням попередньої серії імпульсу і початком наступної серії.

Припустимо, що абонент набирає послідовно одиниці.

Міжсерійний час НН складає Т_мі=500 - 700мс.

При цих значеннях Т_мі забезпечується стійка робота комутаційних елементів АТС.

На теперішній момент з метою економії часу набору адресної інформації, а також підвищення використання комутаційних елементів АТС розроблені й випускаються ТА з кнопковим номеронабирачем (КНН). КНН забезпечує введення адресної інформації при натисканні кнопок. При цьому адресна інформація з ТА на АТС передається двома способами: імпульсним і частотним. В імпульсному способі інформація про номер передається у вигляді серії імпульсів постійного струму, а в частотному - кожна з цифр передається сигналами, утвореними струмами різних частот.

Приклад КНН з імпульсним способом формування адресної інформації типу ТНН-1М (рис. 6.).

Рис. 6. КНН з імпульсним способом набору номера.

Принцип роботи

При натисканні однієї з кнопок ТА узгоджуючий пристрій (УП) відкриває ключ (К) з таким розрахунком, щоб обмотка реле спрацювала відповідне число разів, яке дорівнює цифрі натиснутої кнопки. Крім того, УП включає обмотку реле, що своїми контактами (ШК) шунтує розмовний тракт при наборі адресної інформації. Після видачі адресної інформації реле знеструмлюється і контакт ШК розмикається, що сигналізується індикаторною лампою К_л.

Частотний КНН

В телефонних апаратах з частотним способом формування адресної інформації в наявності два генератори Г1 та Г2 із самозбудженням, що формують частоти в межах від 500Гц до 2000Гц.

Зміна частоти генераторів Г1 і Г2 здійснюється за рахунок зміни ємності С та індуктивності L ланцюга.

Формування адресної інформації здійснюється посилкою в лінію двох частот fi, fj Значення частот fi та fj вибирається в залежності від значення цифри, що набирається (табл. 1.1).

Д вохгруповий код дозволяє створити максимум 16 сигналів, з яких використовується 10. Дві комбінації частот, які обрані натисканням кнопок і є допоміжними.

На практиці час набору адресної інформації визначається спрощеним виразом

де К - коефіцієнт, що залежить від типу номеронабирача;

n - число цифр в адресній інформації. Для дискового номеронабирача К=1,5, а для кнопкового — К=0,75.