1.2 Hirarki Jaringan Analog
1.2.8 Penggantian tranmission
Salah satu aspek yang paling berbeda dan rumit dalam mendesain jaringan telepon analog adalah menentukan bagaimana mengalokasikan gangguan transmisi ke masing-masing subsistem dalam jaringan.
Menggunakan evaluasi subyektif oleh pendengar, tujuan tertentu untuk kualitas pengiriman end-to-end ditetapkan dalam cara yang relatif mudah [11]. Setelah mengendalikan tujuan dengan kelayakan ekonomi, tujuan end-to-end ditetapkan. Namun, mengingat banyak sekali jenis peralatan dan kombinasi koneksi dalam jaringan analog yang lebih lama, merancang elemen-elemen jaringan individual untuk memenuhi tujuan-tujuan ini dalam semua kasus merupakan masalah yang kompleks. Banyak penghargaan karena Bell System telah membangun jaringan analog nasional dengan tingkat kinerja yang konsisten.
Faktor utama yang harus dipertimbangkan dalam menetapkan sasaran transmisi untuk jaringan analog adalah redaman sinyal, noise, interferensi, crosstalk, distorsi, gema, nyanyian, dan berbagai ketidaksempurnaan modulasi dan pembawa.
Atenuasi sinyal
Tes mendengarkan subyektif telah menunjukkan bahwa kerugian akustik-akustik yang disukai [12] dalam sambungan telepon harus berada di sekitar 8 dB. Sebuah studi tentang koneksi telepon lokal [l3]
menunjukkan bahwa panggilan lokal yang khas hanya memiliki kerugian 0,6 dB lebih banyak daripada yang ideal. Survei jaringan tol [4]
menunjukkan bahwa rata-rata koneksi tol analog memiliki tambahan 6,7 dB kerugian. Survei yang sama juga menunjukkan bahwa standar deviasi kerugian pada sambungan tol adalah 4 dB (sebagian besar disebabkan oleh loop lokal).
Karena batang dalam jaringan tol menggunakan amplifier untuk mengimbangi kerugian transmisi, akan mudah untuk merancang koper ini dengan penghilangan nominal nol-desibel. Namun, seperti yang dibahas kemudian, pertimbangan gema dan nyanyian mendikte kebutuhan akan tingkat kerugian bersih minimum tertentu di kebanyakan sirkuit batang analog.
Gangguan (Interferensi)
Kebisingan dan gangguan keduanya ditandai sebagai energi listrik yang tidak diinginkan berfluktuasi dengan cara yang tidak dapat diprediksi.
Interferensi biasanya lebih terstruktur daripada noise karena timbul sebagai kopling yang tidak diinginkan dari hanya beberapa sinyal di jaringan. Jika interferensi itu bisa dimengerti, atau hampir, itu disebut crosstalk.
Beberapa sumber utama crosstalk adalah kopling antara pasangan kawat di kabel, penyaringan atau pengimbang pembawa yang tidak memadai pada peralatan FDM yang lebih tua, dan efek komponen nonlinier pada sinyal FDM.
Crosstalk, terutama jika dapat dimengerti, adalah salah satu ketidaksempurnaan yang paling mengganggu dan tidak diinginkan yang dapat terjadi pada jaringan telepon. Crosstalk dalam sistem analog sangat sulit dikendalikan karena tingkat daya sinyal suara sangat bervariasi (yaitu, pada kisaran dinamis 40 dB). Tingkat absolut energi crosstalk dari sinyal
tingkat tinggi harus kecil dibandingkan dengan sinyal tingkat rendah yang diinginkan. Sebenarnya, crosstalk paling banyak terlihat saat bicara berhenti, bila tingkat daya sinyal yang diinginkan nol.
Dua bentuk dasar crosstalk yang menjadi perhatian para insinyur telekomunikasi adalah crosstalk hampir akhir/near-end (NEXT) dan jauh akhir/far-end crosstalk (FEXT). Near-end crosstalk mengacu pada kopling dari pemancar ke penerima di lokasi yang sama. Seringkali bentuk crosstalk ini paling merepotkan karena perbedaan besar tingkat daya antara sinyal yang ditransmisikan dan yang diterima. Far-end crosstalk mengacu pada kopling yang tidak diinginkan ke sinyal yang diterima dari pemancar di lokasi yang jauh. Kedua bentuk crosstalk diilustrasikan pada Gambar 1.24.
Kebisingan
Bentuk kebisingan yang paling umum dianalisis dalam sistem komunikasi adalah white noise dengan distribusi nilai amplitudo Gaussian (normal). Jenis suara ini keduanya
*Crosstalk juga digunakan untuk menandai sinyal seperti gangguan pada jaringan nonvoice. Sebagai contoh, crosstalk dalam rangkaian data akan mengacu pada sinyal gangguan yang digabungkan dari rangkaian data lain yang serupa.
Gambar I.24 Dekat-akhir dan jauh-akhir crosstalk
Mudah dianalisis dan mudah ditemukan karena timbul sebagai thermal noise pada semua komponen listrik. Sistem baterai yang digunakan untuk menyalakan loop pelanggan juga merupakan sumber jenis kebisingan ini. Kebisingan putih benar-benar acak dalam arti bahwa sampel pada waktu seketika sama sekali tidak berkorelasi dengan sampel
yang diambil pada saat lainnya. Bentuk kebisingan yang paling umum di jaringan telepon adalah noise impuls dan kebisingan kuantisasi pada terminal suara digital (Bab 3). Suara impuls dapat terjadi dari perpindahan transien pada kantor switching elektromekanis yang lebih tua atau dari telepon putar rotary. Langkah-demi-langkah switch adalah penyebab paling sering. Switch elektromekanis yang lebih modern yang menggunakan relay buluh yang dienkapsulasi kaca untuk crosspoint menghasilkan noise yang jauh lebih sedikit. Sedangkan white noise biasanya dihitung dari segi daya rata-rata, noise impuls biasanya diukur dalam bentuk impuls begitu banyak per detik. Suara impuls biasanya kurang memperhatikan kualitas suara daripada white noise latar belakang.
Namun, noise impuls cenderung menjadi perhatian terbesar dalam rangkaian komunikasi data.
Tingkat daya dari setiap sinyal, kebisingan atau gangguan yang mengganggu, mudah diukur dengan voltmeter akar-mean-square (rms).
Namun, gangguan pada beberapa frekuensi di dalam passband sinyal suara secara subjektif lebih menyebalkan daripada yang lain. Dengan demikian, pengukuran kebisingan atau gangguan gangguan yang lebih bermanfaat dalam jaringan ucapan mempertimbangkan efek subjektif dari kebisingan dan juga tingkat daya. Dua pengukuran yang paling umum di telephony menggunakan kurva pembobotan pesan C dan kurva pembobotan psophometric, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.25. Kurva ini pada dasarnya mewakili filter yang berbobot spektrum frekuensi noise sesuai dengan efek jengkelnya pada pendengar. Pembukuan C-message merupakan respons dari rangkaian telepon tipe 500. Sejauh menyangkut kualitas suara, hanya suara bising yang dilewati pesawat telepon adalah imporlant. Perhatikan bahwa gangguan antara I dan 2 kHz paling banyak.
jelas. Bobot pesan C digunakan di Amerika Utara sementara bobot psophometrik adalah standar Eropa (ITU-T).
Referensi kebisingan standar yang digunakan oleh teknisi telepon adalah 1 pW, yaitu 10-12 W, atau -90 dBm (dBm adalah kekuatan dalam desibel relatif terhadap miliwatt). Kebisingan yang diukur relatif terhadap referensi ini dinyatakan sebagai begitu banyak desibel di atas referensi (dBm). Dengan demikian, tingkat kebisingan 30 dBm sesuai dengan -60 dBm, atau 10-9 W daya. Jika pembacaan dibuat dengan menggunakan pembobotan pesan C, tingkat daya dinyatakan dengan singkatan dBmC.
Demikian pula, psikoometrik tertimbang picowatts dinyatakan oleh
Gambar 1.25 C-message dan bobot psophometic.
Singkatan pWp. Hubungan antara berbagai pengukuran kekuatan kebisingan diberikan pada Tabel 1.9.
Kualitas rangkaian suara analog biasanya tidak ditentukan berdasarkan rasio signal-to-noise klasik. Alasannya adalah bahwa tingkat kebisingan atau gangguan yang relatif rendah terlihat selama jeda saat berbicara, bila tidak ada sinyal. Di sisi lain, tingkat kebisingan yang tinggi dapat terjadi selama berbicara dan tidak terlihat. Dengan demikian, tingkat kebisingan absolut lebih relevan daripada rasio signal-to-noise untuk menentukan kualitas suara. *Tujuan untuk tingkat kebisingan maksimum di jaringan AT & T analog adalah 28 dBmC untuk koneksi hingga 60 mil dan 34 dBmC untuk sirkuit 1000 mil.
Distorsi
Pada bagian sebelumnya, attenuasi sinyal dipertimbangkan dengan asumsi diam-diam bahwa bentuk gelombang yang diterima identik bentuknya dengan bentuk gelombang sumber namun hanya diperkecil dalam amplitudo. Sebenarnya bentuk gelombang yang diterima umumnya mengandung distorsi tertentu yang tidak disebabkan oleh gangguan eksternal seperti kebisingan dan gangguan namun dapat dikaitkan dengan karakteristik internal saluran itu sendiri. Berbeda dengan kebisingan dan gangguan, distorsi deterministik; itu berulang-ulang setiap kali sinyal yang sama dikirim melalui jalur yang sama di jaringan. Dengan demikian distorsi dapat dikontrol atau dikompensasi sekali sifat distorsi dipahami.
Ada banyak jenis dan sumber distorsi di dalam jaringan telepon.
Perusahaan telepon meminimalkan jenis distorsi yang paling mempengaruhi kualitas subjektif pidato. Kemudian mereka juga menjadi prihatin dengan efek distorsi pada transmisi data. Beberapa distorsi muncul dari nonlinier di jaringan, seperti mikrofon karbon, penguat frekuensi suara jenuh, dan
Tabel 1.9 Relationships between Various Noise Measurements To Cnvert
Froem To
dBm dBm Add 90 dB
dBm 3 kHz flat dBmC Add 88 dB
dBm 3 kHz flat dBp Add 87,5 dB
dBm 3 kHz flat dBmC Subtract 2 dB
dBC dBp Subtract 0,5 dB
pW 3 kHz flat pWp Multiply by
0,562
Kompandor yang tidak cocok (Bab 3). Distorsi lain bersifat linear dan biasanya ditandai dalam domain frekuensi baik sebagai distorsi amplitudo atau distorsi fase. Distorsi amplitudo mengacu pada pelemahan beberapa frekuensi dalam spektrum suara lebih dari yang lain. Koil Ioading yang dibahas sebelumnya merupakan salah satu cara untuk menghilangkan distolsi amplitudo pada pasangan kawat frekuensi suara yang panjang.
Distorsi amplitudo juga dapat diperkenalkan oleh filter pembatas spektrum pada peralatan FDM. Idealnya, filter ini harus secara seragam melewatkan semua frekuensi pita suara hingga 4 kHz dan menolak yang lainnya. Desain praktis, bagaimanapun, menyiratkan perlunya pelemahan "roll-off"
bertahap yang dimulai sekitar 3 kHz. Gambar 1.26 menunjukkan respon atenuasi-versus-requency dari koneksi tol analog pada masa lalu. Distorsi fase berkaitan dengan karakteristik keterlambatan media transmisi 'Idealnya sistem transmisi harus menunda semua komponen frekuensi dalam satuan sinyal.
Gambar 1.26 Insertion loss verums frequency of typical toll connection.
Sehingga hubungan fasa yang tepat ada di terminal penerima. Jika komponen frekuensi individuat mengalami penundaan yang berbeda, representasi domain waktu pada output menjadi terdistorsi karena superposisi dari persyaratan frekuensi diubah pada output. Untuk alasan yang tidak dibahas di sini, penundaan komponen frekuensi individual biasanya disebut sebagai penundaan amplopnya. Untuk penjelasan bagus tentang penundaan amplop lihat referensi [15]. Seragam amplop penundaan berhubungan dengan fase respons itu berbanding lurus dengan frekuensi. Jadi sistem dengan delay amplop seragam juga disebut sebagai sistem fase linier. Setiap penyimpangan dari karakteristik fase linier disebut sebagai distorsi fasa. Efek perseptual dari distorsi fasa ke sinyal suara kecil. Dengan demikian hanya sedikit perhatian yang perlu diberikan pada fase respon $ e dari jaringan suara. Tahap respon $ e dan penundaan amplop yang sesuai ditentukan oleh koneksi tol analog yang tipikal ditunjukkan pada Gambar 1.27. Selain distorsi yang baru saja disebutkan, sistem pembawa analog kadang-kadang memperkenalkan distorsi terkait frekuensi lainnya seperti offset frekuensi, jitter, hit fase, dan sinyal putus
sekolah. Efek dari ketidaksempurnaan dan distorsi fase ini dikendalikan secara memadai untuk lalu lintas suara namun menimbulkan kesulitan untuk lalu lintas data voiceband tingkat tinggi.
Echoee dan Slnging
Echoes dan nyanyian keduanya terjadi sebagai akibat dari sinyal yang ditransmisikan yang digabungkan ke jalur kembali dan diberi makan kembali ke sumber masing-masing. Penyebab kopling yang paling umum adalah ketidakcocokan impedansi pada hibrida kawat empat kawat-ke-dua.
Seperti ditunjukkan pada Gambar 1.28, ketidakcocokan menyebabkan sinyal di cabang masuk dari rangkaian empat kawat untuk digabungkan ke cabang keluar dan masuk ke sumbernya. e. Dalam jaringan yang lebih tua dengan dua kabel analog switch kantor akhir, itu tidak praktis untuk memberikan impedansi yang baik cocok pada saat ini untuk semua kemungkinan koneksi sejak sisi dua kawat dari hvbrid
Gambar 1.27 Amplop keterlambatan dan respon fase koneksi tol khas.
Gambar 1.28 Generasi echos pada antarmuka dua kabel-ke-empat kawat.
Dapat dihubungkan ke banyak loop lokal yang berbeda, masing-masing dengan impedansi karakteristiknya sendiri.
Jika hanya satu refleksi terjadi, situasi akan berubah menjadi "echo pembicara." [f refleksi kedua terjadi. "pendengar echo" hasil. Ketika sinyal kembalinya berulang kali digabungkan kembali ke jalur tabrak untuk menghasilkan osilasi, bernyanyi terjadi 'Pada dasarnya, bernyanyi hasil jika gain loop pada beberapa frekuensi lebih besar dari satu persatuan. Jika gain loop hanya sedikit kurang dari satu, kondisi mendekati bernyanyi menyebabkan osilasi teredam. Bernyanyi dan kondisi nyaris bernyanyi memiliki efek yang mengganggu baik pada pembicara maupun pendengarnya. Echo Talker biasanya yang paling mencolok dan ada masalah.
Derajat gangguan yang dialami oleh seorang pembicara bergantung pada besarnya sinyal yang kembali dan jumlah penundaan yang melibatkan (16,17). Pada hubungan singkat penundaannya cukup kecil sehingga gema hanya tampak pada pembicara sebagai kopling alami menjadi telinganya Sebenarnya, telepon sengaja dirancang untuk memberi beberapa energi ucapan (disebut sidetone) ke lubang suara. Jika tidak, telepon sepertinya mati bagi pembicara. Gema hampir sesaat hanya menambah sidetone dan tidak diperhatikan. Karena penundaan ulang-alik meningkat, bagaimanapun, menjadi perlu untuk semakin menipiskan gema untuk menghilangkan gangguan pada pembicara. "Oleh karena itu, sirkuit jarak jauh memerlukan atenuasi yang signifikan untuk meminimalkan gangguan gema. Untungnya, gema mengalami atenuasi dua kali lebih banyak daripada yang dilakukan. sinyal propagasi ke depan karena melintasi jarak dua kali. Sambungan jarak menengah biasanya dirancang dengan 2-6 dB atenuasi jalur tergantung pada penundaan. Semua link transmisi dalam Sistem Bell dirancang dengan jumlah kerugian bersih tertentu yang disebut melalui rugi bersih (VNL) yang bergantung pada
panjang tautan dan posisi dalam hierarki [17]. Secara umum, desain jaringan VNL menetapkan redaman end-to-end sebanding dengan panjang rangkaian.
Sambungan yang menghasilkan lebih dari 45 msec penundaan ulang-alik (mewakili rel sepanjang 1800 mil) memerlukan atenuasi lebih banyak untuk kontrol gema daripada yang dapat ditolerir di jalur ke depan.
Dalam kasus ini, satu dari dua jenis perangkat digunakan untuk mengendalikan gema: penekan gema atau pembatalan gema.
Seperti ditunjukkan pada Gambar 1.29, sebuah alat penekan gema beroperasi pada rangkaian empat kawat dengan mengukur daya ujaran di setiap kaki dan memasukkan sejumlah besar kerugian (biasanya 35 dB) pada kaki yang berlawanan bila tingkat daya melebihi ambang batas.
Dengan demikian, gema kembali pada dasarnya diblokir oleh tingkat atenuasi yang tinggi. Perhatikan bahwa echo riuppressor mengubah sirkuit full-duplex menjadi sirkuit half-duplex dengan penginderaan energi menjadi sarana untuk memutar Iine sekitar.
Salah satu kekurangan suPPressors echo untuk sirkuit suara, adalah bahwa mereka mungkin akan memotong bagian awal dari segmen ucapan. Jika satu pihak di salah satu ujung koneksi mulai berbicara.
Gambar 1.29 Echo suppressor.
Di ujung ekor ucapan parfy yang lain, supres gema $ atau tidak memiliki waktu untuk membalikkan arah. Penekan Echo dengan performa bagus mampu membalikkan arah dalam 2-5 msec [16]. Untuk pelepasan atenuasi terbelakang yang tercepat, supresor split-echo diperlukan.
Penekan gema split adalah yang memisahkan kontrol gema pada setiap arah sehingga penyisipan kehilangan setiap arah mendekati titik terjadinya gema.
Kedua, dan banyak disukai, bentuk echo contror adalah pembatalan gema [18, 18a]. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1.30, sebuah echo canceller beroperasi dengan mensimulasikan jalur gema untuk mengurangi salinan sinyal transdeh yang tertunda dan dilemahkan dari sinyal terima untuk menghapus (membatalkan) komponen gema. Dengan demikian, pembatalan gema memerlukan pelatihan untuk menentukan berapa banyak penundaan dan pelemahan yang diperlukan untuk mensimulasikan karakteristik gema rangkaian. Perhatikan pada Gambar 1.30 bahwa gema dibatalkan dekat dengan sumbernya sehingga penundaan pada echo canceller diminimalkan. Fitur penting dari echo canceller adalah bahwa ia mempertahankan sirkuit full-duplex sehingga kliping tidak terjadi. Sirkuit satelit dengan penundaan ulang alik lebih dari 500 msec memerlukan pemblokir gema untuk kinerja yang dapat diterima. Karena biaya teknologi pemrosesan sinyal digital (DSp) telah turun drastis, peramal gema sekarang digunakan dalam situasi yang memerlukan kontrol gema.
Modem voiceband full-duplex (v.32 dan rater) menggabungkan pemblokir gema secara langsung di mereka menerima sirkuit Dengan demikian, pengubah gema berbasis jaringan tidak perlu * dan terkadang tidak diinginkan karena tandem echo canceling mungkin tidak bekerja Sebaiknya dua gandeng gema tidak bekerja sama dalam proses haining.
Berbasis jaringan gema pembatalan bisa karena itu menjadi cacat oleh Sebuah termodulasi 2lfi) –Hz nada (echo penekan $ juga dinonaktifkan dengan nada 2100-Hz) yang dikirim pada awal koneksi [19].
Metode lain dari kontrol gema melibatkan pencocokan impedansi hibrida untuk dikurangi itu Besarnya dari itu gema. Beberapa elektronik hibrida menyediakan dinamis menyeimbangkan untuk secara otomatis menghapuskan atau mengurangi gema Di fakta, Sebuah coflrmon cara dari menerapkan itu impedansi sesuai aku s untuk membangun sebuah gema pembatalan dengan mendekati nol menunda. Ini sirkuit menghapuskan, atau sangat mengurangi, gema terjadi di itu terkait hibrida tapi melakukan tidak menghapuskan gema bahwa mungkin terjadi di tempat lain di itu jaringan.
Untuk pembahasan rinci "Jika terminal (misalnya, modem) echo canceller telah menunda buffering yang tidak memadai untuk gema yang sangat panjang, jaringan echo canceller di ujung corurection mungkin diperlukan dari semua jenis kontrol gema, lihat referensi [20].
Gambar 1.30 Echo Canceller
Secara umum, prosedur yang digunakan untuk mengendalikan gema juga kontrol nyanyian. Di beberapa cukup Hubungan singkat, bagaimanapun, tidak ada gema conffol diperlukan, dan nyanyian bisa menjadi masalah.