Принципы телефонной передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

26. Принципы телефонной передачи и электроакустические преобразователи

Схема односторонней телефонной передачи представлена на рис. 1.1. Звуковые колебания от источника звука воздействуют на микрофон ВМ, где акустическая энергия преобразуется в электрическую. На выходе микрофона возникают колебания электрического тока, которые передаются по линии и воспринимаются в пункте приема телефоном ВР. В телефоне происходит обратное преобразование электрической энергии в звуковую. Звуковые колебания, излучаемые телефоном, воздействуют на орган слуха человека и вызывают у него ощущение принятого звука. Телефонный тракт представляет собой комплекс электроакустических и электрических устройств, участвующих в преобразовании речи и передаче ее от рта говорящего к уху слушающего. Он состоит из акустических участков АУ, электрического участка--линии и электроакустических преобразователей (микрофон ВМ и телефон ВР). Акустические участки телефонного тракта от источника звука до микрофона и от телефона до уха слушающего являются проводниками звуковой энергии. Они оказывают большое влияние на телефонную передачу, так как вносят затухание в тракт. Через эти участки, помимо полезного сигнала, в тракт поступают акустические шумы.

Электрический участок тракта состоит из абонентских и соединительных линий, каналов связи и коммутационных устройств, которые необходимы для соединения одного абонента с другим. Электроакустические преобразователи монтируются или в микротелефонах, или раздельно в виде микрофона и телефона (громкоговорителя).

Звуковые колебания речи. Звуковые колебания представляют собой колебания молекул упругой среды с частотами, находящимися в диапазоне 20--20000 Гц и воспринимаемыми органом слуха. Эти колебания распространяются во все стороны от источника звука. Процесс распространения звуковых колебаний называется звуковой волной, а пространство, в котором распространяются звуковые волны,-- звуковым полем. Скорость распространения звуковой волны, или скорость звука, зависит от физических свойств среды. Так, для воздуха при температуре 20 °С и нормальном атмосферном давлении скорость распространения звука равна 344 м/с. телефон действие устройство

Орган слуха человека и влияние его свойств на конструирование телефонной аппаратуры. Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания с частотами от 20 до 20000 Гц. Звуковые колебания с частотами ниже 20 Гц воспринимаются ухом как отдельные толчки, а не как звуки. Наиболее чувствительно ухо к звуковым колебаниям средних частот в пределах 1000--4000 Гц. Минимальное звуковое давление, при котором ухо воспринимает звук данного тона, называется порогом слышимости. Звуковое давление, при котором в ухе наблюдается ощущение боли, называется порогом болевого ощущения. Значения порогов слышимости и ощущения давления зависят от частоты воспринимаемого звука (рис. 1.4). Область воспринимаемого речевого сигнала должна находиться между порогами слышимости и болевого ощущения.

Электроакустические преобразователи и их основные характеристики. Для высокого качества телефонной передачи необходимо, чтобы электроакустические преобразователи не вносили нелинейных искажений в разговорный тракт, обладали максимально возможными для данного типа преобразователей чувствительностью и коэффициентом полезного действия и были бы надежными в работе. Кроме того, преобразователи должны иметь невысокую стоимость и быть экономичными в эксплуатации.

Для оценки качества работы микрофона и телефона в отношении преобразования одного вида энергии в другой вводится понятие чувствительности преобразователя.

Чувствительностью микрофона S, называется отношение электродвижущей силы E_M(В), развиваемой микрофоном, к звуковому давлению p_М, Па, действующему на его мембрану (рис. 1.6, а);

Чувствительностью телефона называется отношение звукового давления p_Т, Па, развиваемого телефоном, к напряжению U_Т, В, на зажимах телефона:

Чувствительность преобразователей в значительной степени зависит от частоты (рис. 1.6, б). Идеальная частотная характеристика чувствительности микрофона представляет собой прямую, параллельную оси частот (прямая 1). Действительная частотная характеристика чувствительности преобразователя имеет вид кривой 2.

Различная чувствительность преобразователя для разных частот передаваемого диапазона является причиной частотных искажений, вносимых им в передачу речи.

Неравномерность частотной характеристики для микрофона и телефона принято оценивать в децибелах:

Для оценки качества работ преобразователей во всем диапазоне передаваемых частот пользуются средней чувствительностью, которая характеризуется прямой 3.

Электроакустические преобразователи можно разделить на две основные группы -- обратимые и необратимые. Обратимые преобразователи обладают свойством преобразования как акустической энергии в электрическую, так и наоборот -- электрической энергии в звуковую. Необратимые преобразователи этим свойством не обладаю.

Электромагнитный преобразователь содержит постоянный магнит с полюсными надставками, электромагнит и мембрану М из ферримагнитного материала. Преобразователь обратимый и может применяться в качестве микрофона и телефона.

Большим недостатком преобразователей указанного типа является значительная неравномерность частотной характеристики, достигающая 20 дБ, и больший коэффициент нелинейных искажений--до 5%. Применяются они главным образом в качестве телефона в телефонных аппаратах.

Электродинамический преобразователь имеет постоянный магнит и легкую подвижную катушку К, соединенную с мембраной М. При колебании мембраны в обмотке катушки возникает электродвижущая сила. Этот преобразователь является обратимым и применяется в качестве студийных микрофонов, а также телефонов и громкоговорителей. Средняя чувствительность электродинамического микрофона 0,004 В/Па. Из-за небольшой чувствительности электродинамический микрофон работает совместно с усилителем, устанавливаемым в непосредственной близости от микрофона. Если такой преобразователь используется в качестве телефона или громкоговорителя, то его средняя чувствительность достигает 0,6 Па/В. Неравномерность частотной характеристики преобразователя около 10 дБ.

Электродинамические преобразователи характеризуются хорошей частотной характеристикой, небольшим коэффициентом нелинейных искажений (3%), простой конструкцией и надежностью в эксплуатации.

Электростатический или конденсаторный преобразователь содержит конденсатор, состоящий из тонкой легкой подвижной пластины-мембраны М и неподвижной пластины. При воздействии звуковых волн на мембрану последняя начнет колебаться, вследствие чего будет изменяться расстояние между обкладками конденсатора, а это в свою очередь вызовет изменение его емкости. При изменении емкости конденсатора через сопротивление нагрузки R_И будет проходить переменный ток, создающий на нем соответствующее падение напряжения. Преобразователь обратимый, имеет хорошую частотную характеристику (неравномерность 4 дБ), но очень малую чувствительность (для микрофона 10^-5 В/Па).

На качественные характеристики преобразователя оказывают большое влияние состояние изоляции между обкладками, постоянство напряжения источника питания, натяжение мембраны и изменение температуры окружающей среды. Преобразователь применяют преимущественно в качестве микрофонов для акустических измерений и в студиях.

Пьезоэлектрический преобразователь основан на использовании пьезоэлектрического эффекта некоторых кристаллов -- кварца, турмалина, сегнетовой соли и др. При механической деформации таких кристаллов на их гранях возникает электрический заряд. Преобразователь обратимый, т. е. при изменении электрического заряда на кристаллическом элементе возникают механические колебания кристалла.

При использовании преобразователя в качестве микрофона удается получить среднюю чувствительность 0,025 В/Па при неравномерности частотной характеристики до 7 дБ. Если преобразователь применяется как телефон или громкоговоритель, средняя чувствительность его достигает 20 Па/В. Неравномерность частотной характеристики преобразователя около 10 дБ. Основным недостатком пьезоэлектрических преобразователей является большое влияние на их параметры температуры и влажности окружающей среды. Они применяются в специальной аппаратуре, где важно иметь небольшие габариты.

Угольный микрофон является преобразователем необратимого типа. Действие угольного микрофона основано на свойстве угольного порошка изменять свое сопротивление в зависимости от изменения его плотности. Звуковые волны воздействуют на мембрану М и заставляют ее колебаться. Под влиянием колебаний мембраны угольный порошок сжимается, а сопротивление его изменяется. Вследствие этого в цепи нагрузки R_Н будет проходить ток, изменяющийся в соответствии с изменением звукового давления, действующего на мембрану. Большим достоинством угольного микрофона по сравнению с другими типами микрофонов является высокое значение средней чувствительности, достигающее 0,7 В/Па, что сделало его наиболее распространенным в телефонных аппаратах местной связи. Однако угольные микрофоны имеют большую неравномерность частотной характеристики (до 30 дБ) и значительный коэффициент нелинейных искажений (до 20 %), поэтому они не применяются в качестве студийных микрофонов при организации таких видов связи, как связь совещаний, диспетчерская поездная, дорожная распорядительная, оповестительная связь и др., где используются главным образом электродинамические микрофоны.

27. Телефоны, их принцип действия и устройство

Телефоны и головки громкоговорителей

Телефон. Электромагнитный телефон (рис. 1.7, а) состоит из постоянного магнита 1, полюсных надставок 3, на которых размещены обмотки 2 и мембрана 4 из ферромагнитного материала. Под действием постоянного магнита мембрана всегда находится в изогнутом состоянии. При прохождении переменного тока через обмотку создается переменный магнитный поток, взаимодействующий с потоком постоянного магнита и вызывающий колебания мембраны.

Мембрана будет колебаться с частотой изменения тока в обмотке телефона. Таким образом, для неискаженной передачи необходимо, чтобы телефон имел достаточно сильный постоянный магнит.

В современных телефонах индукция постоянного магнита Во примерно в 1000 раз превышает амплитудное значение В_т переменной магнитной индукции.

Устройство капсюльного телефона типа ТК-67 приведено на рис. 1.7, б.

В пластмассовом корпусе 1 размещены постоянный магнит 4 и полюсные надставки 3, на которых насажены катушки с обмотками 5 сопротивлением 65 Ом каждая.

Обмотки соединены последовательно, а концы их выведены на зажимы 2, находящиеся на наружной стороне корпуса. Поверх электромагнитной системы находится защитная прокладка 6. Мембрана 7 из железокобальтового сплава наложена на выступ корпуса и прижимается краями крышки 8 с тремя отверстиями. На практике применяются несколько типов телефонных капсюлей: ТК-47, ТК-50, ТА-4, ТК-67 и др.

Микрофоны. Угольный микрофон. Цепь угольного микрофона с нагрузкой RН приведена на рис. 1.10, а. При отсутствии звука микрофон обладает статическим сопротивлением RСТ (рис. 1.10, б). При воздействии на мембрану микрофона синусоидально изменяющегося звукового давления, сопротивления будет изменяться по тому же закону

.

Применяются микрофоны с разным сопротивлением: низкоомные (30--80 Ом) и высокоомные (100-- 260 Ом). В эксплуатации нашел широкое распространение микрофонный капсюль типа МК-16. Этот

капсюль (рис. 1.11, а) содержит основные части: металлический корпус 3, в котором расположена камера для засыпки угольного порошка 1; неподвижный электрод 9, укрепленный на пластмассовом держателе 10; диафрагму 6 из алюминиевой фольги с прикрепленным латунным электродом 2 в виде полусферы; неподвижный электрод 11, укрепленный в изоляционной втулке; фигурное кольцо 5, которое разделяет объем воздуха между диафрагмой 6 и корпусом 3 на две части, сообщающиеся между собой через два отверстия 4; крышку 7 с отверстиями 8. Применение электродов в виде полусфер сделало сопротивление микрофона более стабильным и не зависимым от пространственного положения. Частотная характеристика МК-16 (рис.1.11, б) по сравнению с ранее выпускавшимся МК-10 более равномерная, особенно в области верхних частот.

Электродинамические микрофоны. По устройству подвижной системы электродинамические микрофоны разделяются на катушечные и ленточные. В катушечных микрофонах в качестве подвижной система применяется катушка, в ленточных -- легкая металлическая лента.

Схемы телефонных аппаратов

Построение схем телефонных аппаратов: при включении микрофона и телефона, передаваемая в микрофоне речь прослушивается говорящим в телефоне своего аппарата. Это явление называется местным эффектом. Местный эффект повышает утомляемость органа слуха у говорящего и является нежелательным. Для подавления местного эффекта в телефонных аппаратах применяют так называемые противоместные схемы мостового и компенсационного типов.

Мостовые противоместные схемы телефонных аппаратов приведены на рис. 2.9. В схеме аппарата ЦБ (рис. 2.9, а) микрофон ВМ и телефон ВР включаются в противоположные диагонали моста; плечами моста являются обмотки / и // трансформатора, линия и балансный контур БК. Сопротивление балансного контура подбирается так, чтобы мостовая схема была уравновешена. В этом случае при передаче речи разговорный ток от микрофона проходит через обмотки / и // трансформатора в разных направлениях, и при

равенстве ампер-витков этих обмоток ток через обмотку /// и телефон ВР проходить не будет. При приеме речи входящий с линии ток будет проходить через обмотку /, микрофон ВМ и индуцироваться в обмотку /// цепи телефона ВР.

В схеме аппарата системы МБ (рис. 2.9, б) при передаче речи разговорный ток из обмотки /// индуцируется в обмотки / и //, и при уравновешенной мостовой схеме в цепи телефона ВF тока не будет. Входящий разговорный ток проходит через обмотку / и телефон ВF.

Противоместная компенсационная схема приведена на рис. 2.10. Ее образуют три обмотки автотрансформатора АТ, микрофон ВМ, телефон ВF и компенсационное сопротивление Zк. Обмотки АТ включены согласованно. При передаче речи возбуждаемый микрофоном разговорный ток проходит в линию через обмотку /; часть тока ответвляется через сопротивление Zк в обмотку III, а также через телефон ВF в обмотки // и ///. Токи, протекающие через обмотки / и ///, индуцируют в обмотке // э.д.с. E_1-11 и E_11-111, противоположные по фазе. Для получения противоместной схемы ее параметры подбираются так, чтобы сумма падения напряжения на телефоне Uт и разностной э.д.с. в обмотке // была равна по величине и обратна по знаку падению напряжения Uк на компенсационном сопротивлении Zк, т. е.

При приеме речи входящий с линии разговорный ток будет проходить через обмотки /, // и /// в одинаковом направлении, вследствие чего в телефоне будет слышен передаваемый сигнал. Конденсатор С служит для предотвращения прохождения постоянного тока через обмотку телефона и сопротивление Zк. Как в мостовых, так и в компенсационных схемах достигается только частичное ослабление местного эффекта, так как практически невозможно согласовать сопротивление балансной цепи с входным сопротивлением линии во всем диапазоне передаваемых частот.

Основными величинами, характеризующими электроакустические свойства телефонных аппаратов, являются: коэффициент передачи аппарата К_пер, определяемый отношением эффективного значения напряжения на линейных зажимах аппарата к значению звукового давления, воздействующего на микрофон, В/Па; коэффициент приема К_пр аппарата, определяемый отношением звукового давления, развиваемого телефоном аппарата, к эффективному значению напряжения на линейных зажимах аппарата, Па/В, а также частотные характеристики коэффициентов передачи и приема аппаратов.

Электрические свойства аппаратов характеризуются: входным сопротивлением аппарата Z_вх, рабочим затуханием аппарата на передачу a_пер и прием а_пр и рабочим затуханием местного эффекта а_мэ. Телефонные аппараты должны удовлетворять следующим общим требованиям: иметь противоместную схему включения разговорных приборов и защиту телефона от импульсов напряжения помехи; пропускать полосу эффективно передаваемых частот 300--3400 Гц; иметь значения затуханий при частоте f= 1000 Гц на передачу не более 4,5 дБ, на прием -- не более 1,4 дБ, местного эффекта -- не менее 26 дБ; обеспечивать слоговую разборчивость не менее 75 % при уровне шума в помещении 60 дБ; громкость акустического сигнала вызова должна быть в регулируемых пределах 10--70 дБ на расстоянии 0,5 м от аппарата. По конструкции надежность действия рычажного переключателя должна быть не менее 400 тыс. срабатываний, а номеронабирателя -- 1 млн.; безотказность работы аппарата при

температурах от --10 до +45 °С при относительной влажности воздуха 90 %; изоляция монтажа по отношению к корпусу должна выдерживать без пробоя напряжение 500 В переменного тока в течение 1 мин; размещение деталей и их монтаж должны быть удобными для осмотра и ремонта, конструкция аппарата -- эстетичной и удобной для пользования.

На рис. 2.11 приведена схема телефонного аппарата МБ мостового типа.

В качестве вызывных приборов используются индуктор И и звонок Зв переменного тока. При приеме вызова со стороны линии вызывной ток проходит через звонок Зв, контакт рычажного переключателя рпЗ-4 и контакт индуктора и.1-2; при снятии абонентом трубки в контакте рп1-2 замыкается цепь питания микрофона от GВ, а в контакте рпЗ-5 разговорные приборы подключаются к линии. Для посылки вызова вращают рукоятку индуктора. При этом контакт и1-2 размыкается, а и2-3 замыкается, и обмотка индуктора включается в линию. По окончании разговора абонент возвращает микротелефон на рычаг аппарата и, вращая рукоятку индуктора, посылает отбой.

На рис. 2.12 приведена схема телефонного аппарата АТС типа ТА-72. Разговорная схема аппарата противоместная мостового типа, в которой резисторы R1, R2 и конденсаторы С1 и С2 образуют четырехэлементный балансный контур. Параллельно телефону включены диоды VD1, VD2 (фриттер), которые защищают ухо абонента от акустических ударов, возникающих при появлении на входе телефона импульсов напряжения от внешней помехи. Нормально в линию включен звонок Зв через конденсатор С1, который не пропускает через звонок постоянный ток от центральной батареи. При снятии микротелефонной трубки С1, R1 и С2 образуют искрогасительный контур, подключенный параллельно импульсному контакту н6-7 номеронабирателя при работе. Контакт н3-4 шунтирует разговорную часть схемы аппарата, а контакт н1-2 -- телефон. При передаче речи разговорный ток от микрофона ВМ разветвляется в обмотки / и //, и при уравновешенной схеме в телефоне ВР тока не будет. Входящий разговорный ток проходит через обмотку /, микрофон ВМ и трансформируется в обмотку ///, в которую включен телефон ВF.

Одним из направлений развития схем телефонных аппаратов является применение в них электродинамических микрофонов и телефонов. В этом случае разговорная схема аппарата дополняется усилителями передачи и приема (рис. 2.13). Микрофон ВМ с усилителем передачи У Пер и телефон ВF с усилителем приема УПр включены по мостовой противоместной схеме при помощи трансформатора Т1.

Питание усилителя осуществляется из абонентской линии. Такие аппараты имеют значительно лучшие частотные характеристики на передачу и прием. Перспективным является применение в телефонных аппаратах АТС номеронабирателей кнопочного типа, которые позволяют уменьшить время набора номера на 0,5 с на одну цифру номера, а также снизить ошибки при наборе. Следующим направлением в развитии телефонных аппаратов является дополнение их специальными устройствами:

усилителями для громкоговорящего приема, программированным устройством для набора номера, автоответчиком и др. Для удаленных абонентов изготовляют телефонные аппараты с усилителями передачи и приема, которые имеют схему, аналогичную рис. 2.13.

28. Коммуникационные приборы. Аналого-цифровой соединитель

Коммутационные приборы. Коммутационные приборы служат для создания коммутационных устройств, с помощью которых происходит соединение оконечных абонентских устройств и каналов связи для передачи и приема информации. Коммутация осуществляется в коммутационных станциях, являющихся составными частями сети электросвязи. В качестве коммутационных станций могут быть, например, телефонные и телеграфные станции ручного и автоматического действия. Для создания в них цепей коммутации и управления соединением применяются различные приборы, основные из которых рассмотрены ниже.

Коммутационные приборы характеризуются коммутационными параметрами: коммутационным коэффициентом К, представляющим собой отношение сопротивлений коммутационного элемента (например, контакта реле) в закрытом (разомкнутом) состоянии R_р и в открытом (замкнутом) состоянии R_з, т. е. К=Rр/Rз; временем переключения, под которым понимают время перехода элемента из одного состояния в другое, например время срабатывания или отпускания реле или время переключения транзистора; сроком службы, или долговечностью, под которыми понимают допустимое число переключений для электромеханических приборов или допустимое время работы (для электронных и магнитных приборов); интенсивностью отказов, т.е. вероятностью отказов в единицу времени; вносимым затуханием в тракт передачи информации.

Требования к коммутационным приборам, используемым для коммутации каналов, существенно отличаются от требований, предъявляемых к коммутационным приборам для построения управляющих устройств. Для приборов, используемых для коммутации каналов, необходимо иметь коммутационный коэффициент 10⁹-- 10¹², а для устройств управления достаточно иметь К=10³-- 10⁵. Коммутационные приборы, включенные в каналы, должны вносить затухание не более 1,3 дБ в пределах всего узла коммутации, обеспечивать высокое переходное затухание между коммутируемыми каналами (примерно 78 дБ), иметь низкий уровень шумов (не более 60 дБ). К коммутационным приборам управляющих устройств предъявляются более высокие требования по надежности и скорости работы.

В коммутационных системах используют коммутационные приборы, соединительные электрические шнуры, реле, искатели, электромеханические и электронные соединители, а также электронные приборы. Электронные приборы обладают высоким быстродействием и большим сроком службы, но уступают электромеханическим приборам по стоимости.

Электромагнитные реле постоянного тока являются широко распространенными элементами коммутации благодаря простоте устройства и большому количеству коммутируемых контактов. Продолжительность работы реле с плоским сердечником типа РПН составляет 10 млн. срабатываний, а реле с круглым сердечником типа РЭС-14--100 млн. срабатываний.

В зависимости от времени действия различают быстродействующие реле с временем срабатывания и отпускания до 10 мс, нормальные реле с временем срабатывания и отпускания 10--30 мс и замедленные реле с временем срабатывания и отпускания больше 30 мс. Замедление действия реле получают конструктивным или схемным способом.

Разновидностью электромагнитного реле является так называемое герконовое реле, которое содержит несколько герметизированных в ампулах контактов (герконов) и обмотки срабатывания и удержания. Более широко применяются герконовые реле с магнитной блокировкой, называемые ферридами. Время срабатывания и отпускания этих реле составляет 0,3--3 мс; надежность работы 10⁹ срабатываний

Бесконтактные элементы, принцип действия которых основан на различных физических явлениях в полупроводниках и ферромагнитах, применяются в коммутационных устройствах. Одни из этих элементов главным образом транзисторы и диоды, служат для образования тракта одного состояния в другое, обладают пример магнитные элементы, транзисторы,-- для создания управляющих устройств. В современной электронной аппаратуре для коммутации различных цепей бесконтактные элементы объединяются в интегральные схемы. Электронные элементы по сравнению с электромеханическими обладают значительно большими скоростями переключения, не создают искрообразования при переключении из одного состояния в другие, обладают большим сроком службы, меньшим потреблением энергии.

Искатели -- это устройства, назначением которых является соединение линии входа с одним из выходов. Искатели могут быть электромеханические и электронные. Из электромеханических искателей наибольшее распространение получили шаговые электромагнитные искатели.

Координатный соединитель представляет собой устройство, в котором несколько искателей с пространственным разделением входов и выходов объединены по координатному принципу. Достоинствами координатных соединителей являются возможность многопроводной коммутации и лучшее, чем в искателях, использование выходов, так как к ним могут подключаться любые входы.

Аналого-цифровой соединитель применяется в цифровых системах коммутации. Аналоговые каналы, по которым передаются речевые непрерывные сигналы, сначала преобразуются в цифровые с применением импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), а затем производится коммутация цифровых каналов для создания требуемого соединения аналоговых каналов. Возможность передачи аналоговых сигналов при помощи отдельных значений амплитуд, взятых в определенные моменты времени, основывается на теореме Котельникова, согласно которой непрерывный сигнал с ограниченным спектром частот определяется своими мгновенными значениями, взятыми через интервалы времени Т=1/2fмах, где fmах--верхняя частота спектра сигнала. Для разговорного спектра fмах =3400 Гц принимают T=125 мкс. Принцип устройства соединителя поясняется рис. 3.8. В его состав входят (рис. 3.8, а) временные распределители ВР, кодеры К, декодеры ДК и оперативное запоминающее устройство ОЗУ, 30 абонентских линий или каналов образуют одну группу. Количество этих групп выбирают в зависимости от требуемой емкости соединителя (обычно не более 30). В последнем случае общее количество линий в соединителе получается равным 900. Все ВР с периодомТ=125 мкс подключают последовательно к каждой линии группы свои цифровые каналы, оборудованные кодерами К, и декодерами ДК. При работе ВР образуются 30 временных каналов продолжительностью каждый около 4 мкс. Один цифровой канал обслуживает через ВР 30 временных каналов. Соединение, например, линии 1 с линией 60 будет проходить по пути: 1-й вход ВР1], К1, ЦК1, БРПр1, БРПер2, ДК2, 30-й вход ВР2, линия 60. Процесс соединения проходит следующим образом. Речевой сигнал, поступающий из линии1 на вход 1 ВР1, преобразуется в дискретный сигнал и подается на вход К1. Последний кодирует значение амплитуды восьмиэлементным кодом, и кодовая комбинация, например 11100011, поступает в цифровой канал ЦК1 и далее в ОЗУ. Восьмиэлементный код обеспечивает передачу 2⁸=256 значений амплитуд речевого сигнала. Для соединения линии 1 с линией 60 необходимо соединить ЦК1 с ЦК.2. Это делается с помощью буферных регистров приема БРПр1 и передачи БРПер2, к которым подключены цифровые каналы приема ЦК1 и передачи ЦК2. БРПр1 преобразует поступающий в него последовательный код в параллельный, ОЗУ передает его в БРПер2, который преобразует параллельный код в последовательный и направляет его в ЦК2. Далее, в ДК2 происходит преобразование цифрового сигнала в дискретный, который подается на ВР2.

Процесс преобразования кода и соединение цифровых каналов ЦК1 с ЦК2 иллюстрируются рис. 3.8, б. Соединение цифровых каналов производится в ОЗУ в соответствии с набранным номером и алгоритмом работы соединителя. Так, если линия 1 требует соединения с линией 60, то ОЗУ осуществит соединение БРПр1 с БРПер2 и подключит ЦК2 через ВР2 к входу 30. Преобразование кодов в БРПр1 и БРПер2 происходит так. Кодовая комбинация, поступающая в БРПр1, регистрируется, и отмечаются соответствующей полярностью 8 проводов на выходе БРПр1 (плюс соответствует 1, минус --0}. Восемь выходов от БРПр1 соединяются с восемью входами БРПер2, на выходе которого появляется кодовая комбинация 11100011, поступающая из ЦК1]. Так как линии 1-я и 60-я работают в разных временных интервалах, то необходима задержка в ОЗУ принятой из ЦК1 информации до момента подключения ВР2 к линии 60. Время задержки, определяемое принятой скоростью работы ВР, составляет 125 мкс. Цифровой соединитель рассмотренного вида применяется в современных цифровых АТС.

29. Автоматические телефонные станции разных типов

Классификация и состав оборудования АТС

Все АТС можно разбить на три группы: электромеханические, в которых применяются электромеханические искатели и соединители; квазиэлектронные, в которых соединители построены на герконовых реле, а управляющие устройства -- на электронных элементах; и электронные, в которых соединители и управляющие устройства построены на электронных элементах.

По методу управления процессом соединения АТС могут быть с непосредственным и косвенным управлением искателями. АТС с непосредственным управлением искателями характеризуется тем, что импульсы набора номера, посылаемые абонентом, воздействуют на управляющее устройство УУ искателя (рис. 4.2, а), которое управляет движением щеток по контактному полю. Благодаря этому процесс коммутации осуществляется одновременно с набором номера. Непосредственное управление искателями применяется в АТС декадно-шаговой системы, где для каждого искателя имеется индивидуальное управляющее устройство, состоящее из релейного комплекта и движущих электромагнитов. В АТС с косвенным управлением (рис. 4.2, б) импульсы набора номера сначала воспринимаются специальными устройствами, называемыми регистрами, которые затем передают информацию о принятом номере в управляющее устройство УУ, а последнее управляет работой соединителя. Таким образом, при косвенном управлении процессы приема информации о номере вызываемого абонента и установления соединителя разделены во времени. Для ускорения процесса соединения обмен информацией между регистром и управляющим устройством осуществляется быстродействующим кодом.

В состав оборудования АТС входят (рис. 4.3): главный щит переключений ГЩП (кросс), в который включаются линии абонентов (линейная сторона) и абонентские комплекты (станционная сторона); испытательная аппаратура кросса для проверки абонентских линий; абонентские комплекты АК', устройства коммутации абонентских и соединительных линий (искатели, соединители); управляющие устройства для управления работой искателей и соединителей; сигнально-вызывные устройства, содержащие генераторы сигналов посылки

вызова, ответа станции, занятости, контроля посылки вызова, которые передаются абонентам в процессе установления соединения; приборы сигнализации и контроля работы станции; источники электропитания напряжением 24 или 60 В.

Приборы АТС монтируются на стативах или в шкафах и устанавливаются в автоматном зале цеха АТС.

АТС координатной системы

Достоинствами координатных АТС, способствующими их быстрому развитию, являются: высокая надежность работы приборов, так как в них отсутствуют элементы, подвергающиеся значительному механическому износу; высокое качество контактных соединений благодаря использованию в координатном соединителе контактных поверхностей из неокисляющихся металлов, что обеспечивает небольшое сопротивление станционного участка разговорного тракта; большая скорость работы, позволяющая иметь небольшое число общих управляющих устройств и высокое качество обслуживания абонентов; возможность осуществления многопроводной коммутации, имеющая особо важное значение при автоматизации междугородной связи. Стоимость оборудования координатных АТС не выше стоимости оборудования АТС других электромеханических систем, а эксплуатационные расходы меньше, чем на декадно-шагорых АТС. Координатные АТС небольшой емкости (до 100 номеров) не требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Особенности применения АТС координатной системы на железнодорожном транспорте. Наибольшее распространение получили координатные АТС типов АТСК-100/2000 и КРЖ (Болгария). АТСК-100/2000 применяется, для станций емкостью от 100 и выше номеров; КРЖ предназначена для станций емкостью от 50 до 100 номеров. Особенностью автоматизации телефонной связи железнодорожного транспорта, которая должна учитываться при проектировании ЖАТС, является единая нумерация абонентов всей железнодорожной сети.

К АТС на железнодорожном транспорте предъявляются еще дополнительные требования, основными из которых являются: возможность ограничения для некоторых абонентов в соединении их с каналами междугородной автоматической связи и соединительными линиями, возможность включения в АТС каналов технологической избирательной связи, возможность включения двусторонних соединительных линий.

Квазиэлектронные и электронные АТС

АТС квазиэлектронные (АТСКЭ).

Квазиэлектронными называются такие АТС, в которых коммутацию разговорных цепей производят реле с магнитоуправляемыми контактами (герконовые, ферридовые, гезаконовые, типа ЕСК), а управление ими -- электронные приборы. АТСКЭ по сравнению с АТС электромеханических систем обладают рядом преимуществ: большей надежностью в работе, высоким качеством контактных соединений, широкими возможностями предоставления абонентам дополнительных видов обслуживания, меньшей потребностью в площадях для размещения оборудования и др. Для удобства управления коммутационные системы монтируются в виде коммутационных матриц, имеющих горизонтальные и вертикальные ряды с соединенными друг с другом контактами и обмотками.

АТСКЭ различаются по емкости, структуре коммутационной системы и способу ее управления. По емкости АТСКЭ подразделяются на малые (до 100 номеров), средние (100-4000 номеров) и крупные (свыше 4000 номеров). Управление коммутационной системой малых АТС проводится по способу с замонтированной программой, при котором между разными элементами АТС оборудуются постоянные логические связи, определяющие последовательность процессов соединения. В АТС средней и большой емкости коммутационные системы содержат одну ступень из нескольких звеньев, т. е. разделения на блоки АИ и ГИ, как это имеет место в координатных АТС, здесь нет. Управление этой системой производится по способу записанной программы, основанному на использовании многопрограммной специализированной вычислительной машины с записанной в ее памяти программой процессов соединения.

АТС типа ЕСК. Учрежденческие АТС типа ЕСК емкостью до 3000 номеров выпускаются в Болгарии. В качестве основного коммутационного элемента в этих станциях использованы малогабаритные быстродействующие реле. Эти реле объединены в блоки, состоящие из пяги четырехпроводных реле и представляющие собой соединитель. На базе этих соединителей образованы коммутационные матрицы с пространственным разделением каналов.

Цифровые АТС (АТСЦ). Для построения АТСЦ применяются аналого-цифровые соединители. Емкость АТСЦ может изменяться от 30 номеров до емкости, кратной 900. В последнем случае АТСЦ будет состоять из объединенных блоков по 900 номеров. Основным достоинством АТСЦ является возможность с их помощью организации интегральных цифровых сетей, в которых АТСЦ будут выполнять роль оконечного оборудования цифровых каналов. Кроме того, высокая технологичность изготовления оборудования АТСЦ обеспечивает им большую надежность.

Оборудование АТСЦ состоит из типовых электронных систем коммутации, которые составляются на базе микросхем в удобные для монтажа и обслуживания блоки. На изготовление оборудования одного номера АТСЦ затрачивается время, в 2 раза меньшее, чем для квазиэлектронных АТС, и в 5 раз меньшее, чем для координатных АТС. Надежность работы АТСЦ намного выше, чем электромеханических АТС, что позволяет уменьшить время обслуживания на 1 номер в 10 раз.

30 Основные способы образования и организация каналов связи

Целесообразность применения многоканальных систем связи

Многоканальная связь представляет отрасль связи, которая занимается организацией по общей линии передачи нескольких каналов, действующих одновременно и независимо друг от друга.

Использование пары проводов или жил кабеля для получения только одного канала связи является неэкономичным и допускается в тех случаях, когда данный вид связи не может быть организован по другому способу. В этом случае канал связи называется каналом низкой частоты НЧ. Каналы, которые образуются с помощью систем передачи СП многоканальной связи, называются каналами тональной частоты ТЧ. Каналы ТЧ на входе и выходе СП имеют диапазон 0,3--3,4 кГц, каналы НЧ имеют диапазоны 0,3--2 или 0,3--3,4 кГц.

Диапазон частот, который может быть использован для организации многоканальной связи по проводам, ограничен увеличением затухания цепей от частоты передаваемых по ним сигналов, увеличением взаимного влияния между цепями и влияния высокочастотных источников помех,

На воздушных стальных цепях организуются каналы в спектре частот до 30 кГц, на воздушных цветных цепях--до 150 кГц, на симметричных кабельных цепях -- каналы в спектре 10 МГц, на коаксиальных кабелях - до 1200 МГц.

Основные способы образования каналов ТЧ.

Приняты два основных метода образования каналов ТЧ: с частотным разделением каналов (ЧРК) и временным разделением (ВРК) с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

Метод частотного разделения. При частотном разделении каналы связи образуются преобразованием спектров сигналов так, чтобы получаемые диапазоны частот этих каналов не совпали.

Принцип частотного разделения пояснен на рис. 5.3, а.

Основным условием обеспечения независимости действия частотных каналов, организуемых по общей цепи, является отсутствие в этой цепи нелинейности, т. е. чтобы зависимость тока от подведенного напряжения U в линии передачи подчинялась прямолинейному закону i=GU, где G -- проводимость. Тогда при распространении по общей линии передачи токов разных частот не будут появляться гармонические и комбинационные составляющие, и каналы связи будут работать независимо друг от друга.

Для преобразования исходной полосы частот сигнала в полосу частот канала применяют амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляции. При использовании проводных линий для систем многоканального телефонирования основное применение получила АМ; в системах многоканального телеграфирования преимущественно используется ЧМ.

Достоинством метода частотного разделения каналов является его значительная эффективность, особенно при использовании кабельных линий. Например, по коаксиальному кабелю можно организовать свыше 10 тыс. телефонных каналов. К недостаткам данного метода можно отнести громоздкость оборудования оконечных станций из-за большого количества фильтров и других элементов, а также большую чувствительность каналов к помехам.

Метод временного разделения каналов с использованием ИКМ.

Принцип организации каналов с применением ИКМ пояснен на рис. 5.4,а, а временные диаграммы, характеризующие процессы преобразования сигналов, приведены на рис. 5.4.

Этот метод образования каналов предусматривает один цифровой канал в линии передачи, обслуживающий 30 и более временных каналов. Поэтому такие системы получили название цифровых систем передачи (ЦСП). В ЦСП ширина передаваемой полосы частот, приходящаяся на один канал, примерно в 15 раз больше, чем в системе с ЧРК, что является ее основным недостатком. Многоканальные ЦСП обладают высокой помехозащищенностью, причем линейные помехи не влияют на качество передачи, если их уровень не превышает половины уровня сигнала. При этом на промежуточном пункте импульсы можно полностью восстанавливать (регенерировать). Поэтому искажения от помех, возникающие на участках тракта, не суммируются, как в системах с частотным разделением, а полностью уничтожаются, т. е. накопления помех в линейном тракте системы ИКМ не происходит.

Достоинством систем ИКМ является технологичность изготовления аппаратуры, в которой используются интегральные микросхемы.

Организация каналов связи.

Каналом связи называют совокупность линейных и станционных устройств, обеспечивающих одно- или двустороннюю передачу сигналов между двумя пунктами. В зависимости от способа образования каналы связи могут быть физическими, частотными и временными. По своему назначению каналы разделяются на телефонные, телеграфные, передачи данных, фототелеграфные, телеуправления и телесигнализации, телевизионные, вещания и т. п.

Односторонние каналы связи обеспечивают передачу информации только в одном направлении (рис. 5.5, а).

При необходимости организации двусторонней связи используют два канала, по одному из которых сигналы передают в одном направлении, а по другому -- в обратном. Для увеличения дальности связи в такие каналы включают усилители У одностороннего действия. Односторонние каналы применяют для организации технологической связи, передачи данных, программ вещания. Двусторонние каналы применяют для обеспечения обмена разговором между абонентами. Двусторонний канал может быть организован из двух односторонних (рис. 5.5, б), которые на концах включены в оконечные усилители ОУ и дифференциальные системы ДС, обеспечивающие переход с четырехпроводной линии на двухпроводные окончания с включенными в них телефонными аппаратами ТА.

Такая система называется четырехпроводной системой телефонной связи. В технике многоканальной связи применяется эквивалентная ей система связи, в которой вместо двух пар физических проводов используются два односторонних канала.

Двухпроводный двусторонний канал организуется с применением двухпроводной линии, в которую на концах включаются телефонные аппараты. Для увеличения дальности телефонирования в линию включаются двусторонние усилители У, которые обеспечивают раздельное усиление сигналов в. обоих направлениях

.

31. Организация каналов по волоконно-оптическим линиям связи

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют значительные преимущества перед обычными линиями: широкая полоса пропускания, позволяющая организовать большое количество каналов; неподверженность электромагнитным помехам; отсутствие взаимного влияния между отдельными оптическими волокнами в кабеле; небольшие массы и габаритные размеры. Первая в стране волоконно-оптическая линия связи была построена в 1986 г. на участке Октябрьской дороги Ленинград --Волховстрой. Оптический кабель содержит пучок или группы пучков волоконных световодов, изготовленных из кварцевого стекла и имеющих снаружи защитные пластмассовые покрытия. Диаметр волокна выбирается в пределах (0,6--1,7) * 10~³ мм при использовании инфракрасного диапазона и соизмерим с длиной волны. Для передачи используются длины волн 0,5-10^-6, 1,3-10^-6 и 1,55-10^-6 м, для которых имеют место окна прозрачности кварцевого волокна. На рис. 5.11 приведена упрощенная схема системы волоконно - оптической связи, которая состоит из аппаратуры многоканальной связи, например ИКМ-120, двух волоконных линий для прямого и обратного направлений передачи и устройств для преобразования электрических сигналов в световые и наоборот. Разговорный сигнал от телефонного аппарата ТА через ДС поступает в аппаратуру с импульсно-кодовой модуляцией ИКМ-120, на выходе которой получаются кодовые комбинации электрических импульсов. Эти импульсы проходят в электронно-оптический преобразователь ЭОП, преобразующий электрические сигналы в импульсы светового излучения. В качестве ЭОП применяется светодиод или лазер. Лазеры обладают более широкой полосой частот модуляции (более 2 ГГц против 100--200 МГц у светодиодов) и обеспечивают более эффективный ввод излучения в волокно. Однако светодиоды обладают большой линейностью характеристик и более слабой температурной зависимостью излучаемой мощности. Поэтому для систем со сравнительно небольшой скоростью передачи (до 50 Мбит/с) целесообразно применение светоизлучающих диодов, а для систем со скоростью передачи свыше 50 Мбит/с--лазеров. Модулированный пучок света, исходящий из светодиода или лазера фокусируется с помощью оптической системы на торец волокна ОК. На приемном конце световые импульсы воспринимаются оптоэлектронным преобразователем ОЭП, в качестве которого используется лавинный фотодиод. На выходе ОЭП образуются электрические импульсы искаженной формы, которые регенерируются в регенераторе Р и передаются в приемную часть аппаратуры ИКМ-120 и далее в виде разговорного сигнала -- в телефонный аппарат ТА. Передача речи в обратном направлении осуществляется аналогично, но по другому волокну. Длина регенерационного участка lрег зависит от энергетического потенциала системы передачи и затухания сигнала в волокне. Энергетический потенциал р_э определяется как разность между уровнями мощностей на входе и выходе волокна. В среднем р_э==40 дБ, причем уровень мощности на входе волокна р_вх=0 дБ (1 мВт). Коэффициент затухания оптического кабеля а_опт зависит от качества волокна и длины волны: для кварцевого волокна при длине волны 1.3-10^-6 м а_опт=0.16-5 дБ/км.

32. Аппаратура многоканальной связи с частотным разделением каналов.

Построение систем передачи с частотным разделением каналов

Многоканальные системы передачи строятся по групповому принципу, который состоит в том, что аппаратура оконечных станций (ОС) (рис. 6.6, а) состоит из индивидуального оборудования ИО, отдельного для каждого канала, и группового оборудования ГО, общего для всех каналов. Оборудование промежуточного усилителя ПУ является общим для группы каналов. К индивидуальному оборудованию ИО оконечной станции обычно относятся вызывные устройства, дифференциальные системы, модуляторы и демодуляторы, усилители и полосовые фильтры. К групповому оборудованию ГО оконечной станции относятся усилители передачи и приема, преобразователи частоты, фильтры и другие элементы. Частотные полосы каналов в этом случае размещаются в спектре частот, показанных на рис 6.6, б. При таком способе размещения полос групповые усилители усиливают токи полос 1, 2, 3 в одну сторону и 1',2',3' в другую.

Для построения многоканальных систем связи используются в зависимости от числа каналов в системе стандартные первичные 12-канальные, вторичные 60-канальные и третичные 300-канальные группы. Спектр частот первичной группы занимает полосу частот 60--108 кГц из расчета передачи по каждому каналу полосы частот шириной 4 кГц (3,1 кГц для разговорных частот и 0,9 кГц для полосы расфильтровки). Число каналов в первичной группе равно 12, поэтому общая ширина полосы частот, занимаемой 12 каналами, составляет 4Х12=48 кГц. Исходя из этого верхняя частота рабочего спектра частот первичной группы получается равной 60+48=108 кГц. Для образования первичной 12-канальной группы применяют четыре трехканальные предгруппы, каждая из которых включается в свой преобразователь П1--П4. Вторичная группа в 60 каналов образуется из пяти первичных групп и занимает спектр частот 312 - 552 кГц. Для получения этого спектра соответствующие полосы частот 60--108 кГц первичных групп преобразуются при помощи несущих частот 420, 468, 516, 564, 612 кГц. Третичная группа на 300 каналов занимает спектр частот 312-- 2044 кГц, и для ее образования используют пять вторичных групп, частоты которых преобразуются при помощи несущих частот 1364, 1612, 1860, 2108, 2356 кГц.

Все указанные несущие частоты кратны четырем, что позволяет получать их от гармонических генераторов как гармоники частоты 4 кГц. Преобразование частот в тракте приема оконечной станции происходит в обратном порядке. При построении многоканальных систем с очень большим числом каналов также могут быть использованы четверичные на 900 каналов и пятиричные на 1800 каналов группы.

Типовая схема построения систем передачи с ЧРК приведена на рис. 6.8, а. Аппаратура состоит из индивидуальной и групповой частей, в которые входят первичные группы, индивидуальные преобразователи ИП и две ступени групповых преобразователей ГП1, ГП2. Перемещение спектра частот в аппаратуре показано на рис. 6.8, б.

33. Цифровые системы передачи на примере ИКМ-30

Иерархия цифровых систем передачи

Широкое распространение цифровых систем передачи (ЦСП) информации обусловлено целым рядом их преимуществ по сравнению с аналоговыми системами передачи в отношении помехозащищенности, качества организуемых каналов, экономичности, технологичности изготовления и обслуживания. В сочетании с цифровыми системами коммутации ЦСП послужат основой для перехода к полностью цифровой интегральной сети связи.

Достоинства ЦСП делают целесообразным их применение на линиях связи железнодорожного транспорта, которые характеризуются повышенным уровнем шумов, подвержены влияниям различных электромагнитных полей от тяговых сетей, энергоустановок, линий автоматики и телемеханики.