Многоканальные телекоммуникационные системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Многоканальные телекоммуникационные системы



Принцип разделения каналов. Цифровые и аналоговые системы передачи.

Использование многоканальных систем передачи позволяет наиболее эффективно использовать дорогостоящие линейные сооружения.

Для успешного развития сетей требуется большое число линий, в том числе соединительных между станциями. Эту задачу можно решить двумя способами:

Проложить многожильные кабели и по каждой паре проводов передавать сигналы одного сообщения

Проложить кабели небольшой емкости и по каждой паре проводов передавать одновременно и независимо друг от друга сигналы нескольких сообщений

Для организации по одной линии передачи большого числа каналов используют метод частотного разделения каналов, при котором сигналы от разных источников с помощью сигналов-переносчиков размещаются в не перекрывающихся частотных полосах. Для более эффективного использования линии передачи желательно в ее полосе частот разместить как можно большее число каналов. Эта аппаратура получила название аналоговых систем передачи, т.к сигнал по каналу передается в непрерывной (аналоговой форме).

В настоящее время широкое применение получили системы передачи с временным разделением каналов - цифровые системы передачи. Они, в отличие от систем передачи с частотным разделением каналов, не требуют прокладки специального кабеля, а могут работать на обычных кабелях ГТС. В цифровых системах передачи аналоговый сигнал дискретизируется по времени, затем кодируется и в цифровой форме передается по линии.

Структурная схема многоканальной системы передачи. Методы разделения канала.

Для унификации многоканальных систем связи за основной или стандартный канал принимают канал тональной частоты (канал ТЧ), обеспечивающий передачу сообщений с эффективно передаваемой полосой частот 300...3400 Гц, соответствующей основному спектру телефонного сигнала.

Рисунок 1. Схема междугороднего канала ТЧ

. - транзитный усилитель ( дБ)

РУ - развязывающее устройство

Пер - передатчик, преобразует исходный сигнал в линейный спектр

ЛУС - линейный усилитель, компенсирует затухание

При многократном использовании линий связи широкое применение получил метод частотного разделения каналов (ЧРК), при котором сигналы различных каналов размещаются в определенной последовательности по шкале частот

Принцип построения систем передачи с частотным разделением каналов основан на том, что каждому каналу отводится своя полоса частот.

Рисунок 2. Принцип построения СП с ЧРК

Принцип временного разделения каналов ВРК заключается в том, что в каждый момент времени в линейный тракт ЛТ уплотненной цепи передаются поочередно сигналы только одного канала. Для этой цели передающее и приемное устройство содержит специальные переключающие устройства, периодически на короткое время подключающие линию передачи к передающим и приемным аппаратам данного канала. Таким образом в каждый момент времени по линии передается сигнал только одного сообщения.

Рисунок 3. Принцип построения СП с ВРК.

Классификация многоканальных систем передачи по виду модулируемого параметра и способу разделения каналов.

Системой N - канальной связи называется совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной линии связи.

Функциональная схема многоканальной системы связи представлена на рис. 4

Рис. 4

Первичные сигналы преобразуются в формирова-телях каналов в сигналы , которые называются каналь-ными. Групповой сигнал V(t) можно получить суммированием канальных сигналов . В этом случае многоканальные системы называются аддитивными.

Системы, в которых формирование группового сигнала осуществляется иными способами, называются комбинационными

Различают следующие многоканальные системы передачи:

с разделением каналов по частоте (ЧРК);

с разделением каналов по времени (ВРК);

цифровые многоканальные системы передачи (ЦСП);

асинхронные адресные системы передачи (ААСП);

комбинационные системы передачи (КСП);

нелинейные системы передачи (НСП).

Системы передачи с ЧРК и ВРК относятся к аддитивным линейным системам и находят на практике широкое применение как в проводных системах, так и в системах радиосвязи. Эти многоканальные системы используются в радиорелейной и спутниковой связи, поскольку они работают в диапазонах УКВ с большой частотной емкостью. В этих системах используется двойная, а иногда и тройная модуляция. Поэтому при использовании той или иной многоканальной аппаратуры вводятся специальные обозначения применяемых видов модуляции. Например, в системах с ВРК: АИМ - ЧМ; ШИМ - АМ и т.д. Здесь первичная модуляция АИМ или ШИМ, а вторичная (в радиопередатчике) ЧМ или АМ

Структурная схема системы передачи с ЧРК. Модуляция, как метод формирования канальных сигналов.

При многократном использовании линий связи широкое применение получил метод частотного разделения каналов (ЧРК), при котором сигналы различных каналов размещаются в определенной последовательности по шкале частот

Принцип построения систем передачи с частотным разделением каналов основан на том, что каждому каналу отводится своя полоса частот.



Рисунок 5. Принцип построения СП с ЧРК

Для этого исходный сигнал в спектре (0,3-3,4)кГц подается на модулятор М, который с помощью индивидуальной несущей переносит сигнал в высокочастотный спектр.

Полосовые фильтры в тракте передачи выделяют полезную боковую полосу частот. Преобразованные сигналы объединяются и в групповой форме передаются по линии.

На приеме полосовые фильтры разделяют групповой сигнал на индивидуальные полосы частот каждого канала.

Демодуляторы ДМ с помощью соответствующих несущих преобразуют высокочастотный сигнал в полосу частот (0,3-3,4)кГц, которая выделяется или полосовым фильтром ПФ или фильтром нижних частот ФНЧ и передается к абоненту.

На рисунке представлен план частотных преобразований сигналов тональной частоты из спектра (0,3-3,4) кГц в высокочастотный групповой сигнал. Полосовой фильтр выделяет полезную верхнюю боковую полосу частот.

Несущие соседних каналов должны отличаться на 4 кГц.

Под преобразованием сигналов в системах с ЧРК понимается процесс воздействия исходного (модулирующего) сигнала на один из параметров некоторого вспомогательного гармонического колебания (несущей), в результате которого образуется качественно новый сигнал. Параметр, изменением которого осуществляется перенос передаваемого сообщения, принято называть информационным. Такое преобразование в технике связи называется модуляцией. В зависимости от того, какой параметр - амплитуда Um , частота или фаза гармонического колебания несущей частоты u = Umcos(t + ) - будет принят в качестве информационного, получим модуляцию соответствующего вида - амплитудную АМ, частотную ЧМ, фазовую ФМ (см. рисунок 18).

Рисунок 6. Виды модуляции

Для выполнения процесса модуляции необходимо соблюдать условия:

Vнес > Vисх

Fнес >> Fисх

В системах передачи с ЧРК наибольшее распространение получила амплитудная модуляция, при которой требуется значительно меньшая полоса частот для организации одного канала. Это позволяет получить наибольшее количество каналов в отведенном диапазоне

Для осуществления процесса АМ схема должна содержать нелинейный элемент: диод или транзистор, на который подается два сигнала: исходный и несущая. Исходный сигнал - низкочастотный, несущая - высокочастотный гармонический сигнал. Амплитуда несущей должна быть больше амплитуды исходного сигнала.

Первичная и вторичная сети. Магистральная, внутризоновая и местная сети. Требования к системам передачи, применяемым на различных сетях.

Первичные сети состоят только из линий связи, усилительной и каналообразующей аппаратуры на станциях. Вторичные сети содержат, кроме того, узлы коммутации, позволяющие переключать каналы связи на различные направления. А вот уже на основе вторичных сетей создаются многочисленные службы связи, предоставляющие разные услуги. Линии связи, проложенные между городами и в крупных городах, промежуточные усилительные пункты, оконечные пункты - все это первичная сеть, служащая для получения аналоговых и цифровых типовых каналов и трактов.

Первичная сеть делится на магистральную, зоновые и местные сети (см. рис.).

Магистральная, зоновая и местная сети

Типовые каналы электросвязи имеют одни и те же характеристики, вне зависимости от того, на каком участке первичной сети они образованы: эти характеристики строго стандартизованы и четко выполняются. Стандартизованных каналов электросвязи довольно много, но мы имеем в виду только два: аналоговый канал тональной частоты (канал ТЧ) с шириной полосы 0,3-3,4 КГц и основной цифровой канал, пропускная способность которого 64 Кбит/с. По линиям связи первичной сети образуются именно такие каналы. Возможно создание и широкополосных аналоговых каналов, и цифровых каналов с большей пропускной способностью, но подавляющее большинство имеющихся каналов именно таковы.

На базе названных выше элементарных каналов организуют вторичные сети: телефонные, телеграфные, передачи данных, факсимильные. Число служб электросвязи растет прямо на глазах и перевалило за тридцать. Назовем лишь некоторые: городской, междугородный и международный телефон, абонентский телеграф (так называемый "телетайп"), телекс, телетекс, телефакс, бюрофакс, видеотекс и т.д.

Для рационального построения сети необходимо чтобы число каналов ТЧ было кратно минимальному стандартному числу. Это дает возможность использовать стандартное каналообразующее оборудование.

ЦСП строится согласно определенной иерархии:

ОЦК=64 кбит/с

(2048=64*32 (канальных интервала))

(32=30(информационных)+2(служебных)

Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи. Современная первичная сеть строится на основе технологии цифровой передачи и использует в качестве сред передачи электрический и оптический кабели и радиоэфир.

Первичные сигналы. Статические параметры сигналов электросвязи.

Первичные электрические сигналы (ПЭС) возникают в результате непосредственного преобразования сообщения в электромагнитное колебание, обычно на выходе оконечных устройств. Характерным для первичных сигналов является относительно малая скорость их изменения и, следовательно, возможность передачи по низкочастотным каналам связи, например таким, как проводные. Так для передачи речи достаточен канал, пропускающий колебания от 300 до 3400 Гц. При телеграфной связи требуется полоса пропускания до нескольких сотен герц.

Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Основными параметрами первичного сигнала являются:

мощность телефонного сигнала PТЛФ. Согласно данным МСЭ-Т средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала PСР равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал связи могут поступать сигналы управления, набора номера и пр. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, т.е. средний уровень телефонного сигнала составляет pСР = 10 lg (32 мкВт/1мВт) = - 15 дБм0;

коэффициент активности телефонного сообщения, т.е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25..0,35.

динамический диапазон определяется выраженным в децибелах отношением максимальной и минимальной мощности сигнала (дБ). Динамический диапазон телефонного сигнала составляет DС=35...40 дБ;

пик-фактор сигнала , который составляет 14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой исчезающе мала, равна 2220 мкВт (+3,5 дБм0);

энергетический спектр речевого сигнала - область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала (Рис. 3.4) , где - спектральная плотность среднего квадрата звукового давления; - порог слышимости (минимальное звуковое давление, которое начинает ощущаться человеком с нормальным слухом на частотах 600..800 Гц); Df = 1 Гц. Из Рис.3.4 следует, что речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50..100 Гц до 8000..10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300..3400 Гц. Эти частоты приняты МСЭ-Т в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания.

Основные параметры и характеристики первичных сигналов.

Первичные электрические сигналы (ПЭС) возникают в результате непосредственного преобразования сообщения в электромагнитное колебание, обычно на выходе оконечных устройств. Характерным для первичных сигналов является относительно малая скорость их изменения и, следовательно, возможность передачи по низкочастотным каналам связи, например таким, как проводные. Так для передачи речи достаточен канал, пропускающий колебания от 300 до 3400 Гц. При телеграфной связи требуется полоса пропускания до нескольких сотен герц.

Основными параметрами первичного сигнала являются:

мощность телефонного сигнала PТЛФ. Согласно данным МСЭ-Т средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала PСР равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал связи могут поступать сигналы управления, набора номера и пр. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, т.е. средний уровень телефонного сигнала составляет pСР = 10 lg (32 мкВт/1мВт) = - 15 дБм0;

коэффициент активности телефонного сообщения, т.е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25..0,35.

динамический диапазон определяется выраженным в децибелах отношением максимальной и минимальной мощности сигнала (дБ). Динамический диапазон телефонного сигнала составляет DС=35...40 дБ;

пик-фактор сигнала , который составляет 14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой исчезающе мала, равна 2220 мкВт (+3,5 дБм0);

энергетический спектр речевого сигнала - область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала (Рис. 3.4) , где - спектральная плотность среднего квадрата звукового давления; - порог слышимости (минимальное звуковое давление, которое начинает ощущаться человеком с нормальным слухом на частотах 600..800 Гц); Df = 1 Гц. Из Рис.3.4 следует, что речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50..100 Гц до 8000..10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300..3400 Гц. Эти частоты приняты МСЭ-Т в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания

Основные характеристики

Амплитудно-частотная характеристика АЧХ - это зависимость уровня сигнала на выходе канала от частоты в пределах эффективно передаваемой полосы частот



Рисунок 7. Амплитудно-частотная характеристика

Амплитудная характеристика - это зависимость уровня сигнала на выходе канала или остаточного затухания канала от уровня сигнала, подаваемого на вход канала

Рисунок 8. Амплитудная характеристика

Внутренняя диаграмма уровней показывает как изменяется уровень сигнала при его прохождение через отдельные узлы аппаратуры.

Рисунок 9. Внутренняя диаграмма уровней передачи

Применяется для обнаружения места неисправности.

Внешняя диаграмма уровней передачи - это график изменения уровня передачи сигнала при его прохождении по линии.

Применяется для проверки правильности размещения промежуточной станции (НУП,НРП)



Рисунок 10. Внешняя диаграмма уровней передачи

Фазо-частотная характеристика - это зависимость группового времени распространения сигнала от частоты.

Используется для оценки качества работы канала при передаче дискретной информации.

Принцип образования каналов двустороннего действия. Методы построения линейных трактов: двухпроводные и четырехпроводные.

Для обеспечения диалога при общении двух абонентов (человек-человек, человек-машина, машина- машина) канал передачи должен быть двустороннего действия, или двусторонним каналом. Рассмотренные выше типовые каналы являются односторонними и, следовательно, для организации двусторонней - дуплексной связи необходимо использование двух типовых односторонних - симплексных каналов, объединив их в двустороннюю единую систему и сохранив при этом взаимную независимость односторонних каналов. Поскольку наиболее массовым видом является телефонная связь, то рассмотрим принципы организации двусторонних телефонных каналов. Полученные при этом соотношения и выводы справедливы для организации двусторонних каналов передачи других видов сообщений. Исторически первой двусторонней системой телефонной связи была однополосная четырехпроводная система двусторонней связи (рис. 1), при которой передача от микрофона М одного абонента к телефону Т другого абонента ведется в одной полосе частот fi...f2 по двухпроводной линии. Такая схема организации двусторонней связи экономически и эксплуатационно нецелесообразна, так как к абонентам требуется подведение четырехпроводной линии.



Рис. 11. Однополосная четырехпроводная схема организации двусторонней телефонной связи

Обычные абонентские линии двухпроводные и поэтому для подключения микрофонов и телефонов к таким линиям требуется применение особых развязывающих устройств - РУ (противоместная схема телефонного аппарата). При этом получается однополосная двухпроводная схема двусторонней связи (рис. 2), при которой передача и в одном, и в другом направлениях ведется по двухпроводной линии и в одной и той же полосе частот.

Рис. 12. Однополосная двухпроводная схема организации двусторонней связи

Как следует из рис. 2, передача в одном и другом направлениях ведется в одной полосе частот, а разделение направлений передачи осуществляется с помощью специального РУ, к характеристикам которого предъявляются определенные требования. Двусторонняя связь при использовании двухпроводной линии может быть осуществлена с помощью двух полос частот: одна полоса частот (нижняя) fi...f2 передается от абонента А к абоненту Б, а другая полоса частот (верхняя) D.. .f4 передается от абонента Б к абоненту А. Следовательно, кроме развязывающего устройства, аналогичного РУ, при двухполосной двухпроводной схеме организации связи должны быть устройства, преобразующие исходные сигналы в полосу частот соответствующего



Рис. 13. Обобщенная структурная схема двустороннего канала

Устойчивость одиночной замкнутой системы. Дифференциальная система, анализ ее работы.

Двусторонний канал содержит одну (одиночную) замкнутую систему либо несколько каскадно-включенных одиночных замкнутых систем (ОЗС). Обобщенная схема ОЗС приведена на рис. 1, где приняты следующие обозначения: РУЪ РУ2 - развязывающие устройства, а 1-1, 2-2, 4-4 их полюса; А142 и А242 - переходные затухания соответствующих РУ между направлениями передачи; Ус.1 и Ус.2 -усилители соответствующих направлений передачи (как бы эквиваленты каналов передачи одного и другого направлений); Syl nay2 -усиление усилителей между полюсами 2-2 и 4-4; Si и S2 - рабочее усиление усилителей соответствующего направления передачи между полюсами 1-1 РУ-i и РУ2, подключения двухпроводных линий.

Рис. 14. К определению устойчивости одиночной замкнутой системы

Из-за конечной величины переходного затухания РУ в этой системе возникает петля обратной связи от полюсов 4-4 к полюсам 2-2 РУ, - Ус. 1 - полюсам 4--4 и 2-2 РУ2 - Ус2-полюсам 4-4 РУ, (пунктирная линия).

Вследствие этого будет иметь место влияние одного направления передачи на другое. Это влияние при некоторых условиях может привести к самовозбуждению ОЗС и тогда передача станет невозможной.

Определим условия устойчивости ОЗС, воспользовавшись критерием устойчивости

Найквиста. Согласно этому критерию, система с обратной связью самовозбудится, если одновременно будут выполнены два условия для разомкнутой петли обратной связи в полосе частот от нуля до бесконечности:

т.е. сумма усилений в разомкнутой цепи обратной связи больше или равна сумме затуханий по этой же петле;

2) условие фаз, т.е. сумма фазовых сдвигов, вносимых устройствами образующих петлю обратной связи [РУ1, Ус* РУ2 и Ус2,

ДС - предназначена для перехода от двухпроводной части тракта к четырехпроводной и применяется как развертывающее устройство

А1-2=0

А4-1=0

А4-2=бесконечности

дБ



В дифференциальном трансформаторе сигнал, поступивший в тракт приема делится на 2 равные части. Т.к I1=I2?то магнит. Потоки в сердечнике трансформатора взаимнокомпенсируются и не попажают в тракт передачи.

Балансный контур устанваливается для уравновешивания диф. системы и его сопротивление равно сопротивлению, подключенным к точкам 11.

В реальной диф сист величины затухания отличаются от теоретических, т.к. сопротивление баллнасного контура не равно сопротивлению линии.

Эквивалентная схема

А1-2,4-1=(4-6)дБ

А4-2=(40-60)дБ

Так как диф система не обеспечивает затухания а4-2=бесконечности, то для устойчивой работы канала представляет замкнутую систему.

Применение амплитудной модуляции в аналоговых системах передачи. Способы передачи АМ-сигналов.

Модуляция - это процесс медленного изменения одного из параметров несущего колебания в соответствии с изменением исходного сигнала.

В системах передачи с ЧРК наибольшее распространение получила амплитудная модуляция, при которой требуется значительно меньшая полоса частот для организации одного канала. Это позволяет получить наибольшее количество каналов в отведенном диапазоне.

Для осуществления процесса АМ схема должна содержать нелинейный элемент: диод или транзистор, на который подается два сигнала: исходный и несущая. Исходный сигнал - низкочастотный, несущая - высокочастотный гармонический сигнал. Амплитуда несущей должна быть больше амплитуды исходного сигнала.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Pисунок 19. Схема амплитудного модулятора

Vисх =

Vнес =

На выходе схемы возникает АМ сигнал

VАМ (t) =

где - коэф. модуляции

VАМ (t) = =

Это уравнение получило название - формула амплитудно-модулированного тока.

Методы передачи АМ сигнала

1. Передача двух боковых с несущей



Рисунок 23. Способ 1

В этом случае полоса частот, которую займет канал тональной частоты, составит = (f+Fв) - (f - Fв) = 2Fв

2. Передача одной боковой с несущей

Рисунок 24. Способ 2

Полоса частот, которую займет канал тональной частоты, составит = (f+Fв) - f = Fв

В этом случае полоса частот будет в 2 раза меньше, чем при способе 1. Однако передача несущей приводит к неэффективному использованию динамического диапазона канала, т.к. амплитуда несущей в 5 раз больше амплитуды исходного сигнала.

3. Передача боковой без несущей

Рисунок 25. Способ 3

Полоса частот, которую займет канал тональной частоты, составит

= (f+Fв) - (f - Fн) = Fв- Fн

Такой вариант передачи полезной информации применяется в оборудовании АСП.

Амплитудная модуляция в СП с ЧРК

Для процесса АМ схема должна содержать нелинейные элементы.

Сигнал в нагрузке имеет несинусоидальную форму. Его можно разложить в ряд Фурье, т.е .представить в виде суммы sin составляющих с различными частотами и амплитудами.

F,2F,3F,4F - исходный сигнал и его высшие гармоники

f,2f,3f,4f - несущие и ее высшие гармоники

- комбинационные составляющие

Спектральный состав

Преобразователи частоты. Назначение, схема, принцип работы.

ПЧ необходимы для преобразования сигналов из исходной полосы частот в заданную. Количество работы ПЧ оценивается по количеству паразитных составляющих и вносимому затуханию.

Преобразователь частоты является одним из важнейших узлов аппаратуры, так как в системах передачи с ЧРК в основу многократного использования физической цепи положен принцип преобразования частоты.

Преобразователем частоты называют устройство, осуществляющее перенос полосы частот сигнала без ее изменения из исходного диапазона в заданный.

Классификация ПЧ по схеме соединения элементов: однотактные, балансные, двойные балансные, фазоразностные по типу нелинейного элемента: пассивные, активные, по назначению: индивидуальные, групповые Качество работы ПЧ оценивается по количеству паразитных составляющих на выходе схемы и величиной вносимого затухания.

Последовательно балансная схема

Графики, поясняющие работу:

Недостаток: работает полпериода.

В средние точки трансформатора подаётся напряжение несущей, величина которого определяет, будет диод открыт или закрыт. Поэтому амплитуда несущей должна быть намного больше исходного сигнала, который подаётся в первичную обмотку входного трансформатора.

При положительной полуволне несущей диоды открыты и ток протекает в нагрузку. При отрицательной полуволне несущей диоды закрыты. Т.о. ток в нагрузке протекает только при положительной полуволне несущей.

Ток в нагрузке имеет несинусоидальную форму, поэтому его можно разложить на составляющие, среди которых полезными будут верхняя и нижняя боковые полосы частот. Остальные составляющие являются паразитными и подавляются полосовыми фильтрами.

Спектральный состав тока в нагрузке имеет следующий вид.

Отсутствие несущей объясняется тем, что она подается в средние точки обмотки трансформатора, в сердечнике создаются магнитные потоки, равные по величине и направленные в разные стороны, которые взаимно компенсируются и не наводят ЭДС во вторичной обмотке.

Двойная балансная схема.

Ток на выходе протекает в течении обеих полуволн несущей. Ток несущей в нагрузке отсутствует, так как напряжение несущего сигнала подается в средние точки трансформаторов. Не будет на выходе и составляющей полезного сигнала, так как вход и выход схемы подключены к противоположным диагоналям равноплечевого моста, образованного диодами и полуобмотками трансформаторов.

Исходного сигнала нет. Диоды открываются по очереди, 2 открыты, 2 закрыты.

Плюс: раб весь период.

3. Параллельно-балансная схема

Плюс: на выходе нет сигнала

Минус: раб при отрицательной полуволне.

Балансные модуляторы в АСП. Схема, временные диаграммы, спектральный состав тока в нагрузке.

Среди различных методов получения однополосного сигнала наиболее широко применяется фильтровой метод. Принято считать, что однополосный сигнал является разновидностью амплитудно-модулированного сигнала.

Однополосный сигнал имеет ряд преимуществ:

- в два раза меньше полоса, занимаемая излучаемым сигналом;

- в 4 раза меньше мощность передатчика, чем в амплитудной модуляции (АМ) при том же эффекте.

Таким образом, выигрыш составляет 8 раз.

Рассмотрим фильтровой метод получения однополосного сигнала (ОБП-сигнала).

На рис. 8.1 представлена функциональная схема фильтрового метода получения ОБП. На вход балансного модулятора поступают два сигнала: высокочастотный Uщ и модулирующий низкочастотный . Балансный модулятор это нелинейный элемент. В результате на выходе получается двухполосный сигнал без несущей. Несущая подавляется схемой модулятора. Полосовой фильтр подавляет одну из боковых полос спектра.

Процесс получения однополосного сигнала фильтровым методом поясняет рис. 15.

Рис. 15. Спектральные зависимости, поясняющие получение ОБП-сигнала

Рассмотрим работу балансного модулятора.

Принципиальная схема изображена на рис. 16.



Рис. 16. Электрическая схема балансного модулятора

Рассматривая физику работы балансного модулятора, легко увидеть, что при полной симметрии элементов схемы в выходном сигнале не будет тока несущей частоты.

Действительно при положительной полуволне напряжение Uщ в точке схемы, помеченной знаком, оба диода будут открыты. Поэтому токи в нагрузке (т. е. в первичной обмотке трансформатора Тр3) будет взаимно скомпенсированы.

Затем работает полосовой фильтр, который пропускает только верхнюю боковую полосу (рис. 8.2).

Генераторное оборудование АСП. Назначение, схема, принцип работы.

ГО вырабатывает высокостабильные несущие и контрольные частоты.

Схема:

ЗГ - задающий генератор, несущая частота 128кГу обеспечивают стабильную работу генератора

ДЧ - делитель частоты. Путем пятикратного деления на 2 позволяет получить частоту 4кГц.

ГГ - генератор гармоник (умножитель частоты) позволяет получить все гармоники кратной частоты: 1*4=4, 2*4=8, …6*4=24

УПФ - узкополосные фильтры. Выделяют те частоты, кот нужны в качестве несущих и подают их на ПЧ (преобразователь частоты).

ГО - должно обеспечивать высокоскоростные колебания, а последовательная нестабильность приводит к нарушению режима ПЧ и ложному срабатыванию устройств АРУ (автоматич регулировка уровня).

Методы стабилизации частоты и мощности ЗГ

1) f>100кГц

2) применение кварцевого резонатора

3)ЗГ помещают в термостат

4) нагрузку подключают через буферный усилитель

Влияние амплитудно- и фазочастотных искажений на форму передаваемого сигнала. Способы борьбы с ними.

Корректоры или выравниватели предназначены для компенсации амплитудно-частотных искажений АЧИ, созданных линией или отдельными узлами аппаратуры.

Причины искажений - непостоянство затухания отдельных звеньев канала (линии, фильтры и т.д.) в пределах рабочего диапазона частот. Качество передачи сигналов зависит от степени устранения АЧИ. Практически такие искажения можно только уменьшить, для чего и устанавливаются корректоры.

Различают корректоры постоянные, переменные, линейные, магистральные и т.д.

Способы включения корректоров.

- последовательное включение корректора

Рисунок 17. Последовательно включение корректора

При последовательном включении корректора его характеристика должна иметь вид, обратный характеристике затухания линии. Тогда при последовательном включении четырехполюсников их характеристики складываются и общая характеристика имеет вид прямой линии, параллельной оси, что соответствует отсутствию АЧИ. Достоинством такого способа включения является работа в широком диапазоне частот, а недостатком - увеличение общего затухания. Для его компенсации в схему включают усилитель.

включение корректора в цепь ОС

Рисунок 18. Включение корректора в цепь ОС

При включении корректора в цепь обратной связи усилителя характеристика усиления усилителя должна иметь такой же вид, как характеристика затухания линии. Т.е. на низких частотах линия вносит малое затухание, и усиление усилителя также невелико. А на высоких частотах затухание линии большое, но на этих частотах и усиления усилителя становится больше. Недостатком этого способа является его работа в малом диапазоне частот.

В схемах аппаратуры АСП корректоры часто устанавливаются последовательно с фильтрами для коррекции искажений, вносимых ЗФ, ПФ.

Коррекция амплитудно-частотных искажений. Виды и способы включения корректоров.

Важнейшим показателем качественного состояния канала передачи является степень воздействия различных мешающих факторов на передаваемый электрический сигнал. Такие факторы получили название шумов и помех. Для уменьшения их влияния на полезный сигнал применяются следующие методы: компандерные устройства, ограничители амплитуд, предискажение уровней и инверсия частотных полос.

Компандерные устройства предназначены для повышения защищенности от помех, возникающих в линейном тракте во время прохождения полезного сигнала, и снижения уровня этих помех в паузах.

Компандерные устройства состоят из компрессора (сжимателя) и экспандера (расширителя). Компрессор устанавливается в тракте передачи и сжимает динамический диапазон сигнала, а экспандер устанавливается на приеме и восстанавливает исходное соотношение уровней сигнала.

Экспандер, включенный в приемной части канала, восстанавливает динамический диапазон сигнала до исходного значения.

Компандерные устройства пропускают сигналы с определенным уровнем без изменения. Для сигналов с более высоким уровнем компрессор вносит затухание, а для сигналов с более низким уровнем - усиление. Экспандер наоборот, для сигналов с более высоким уровнем вносит усиление, а для сигналов с более низким уровнем - затухание. Поскольку снижение уровня в экспандере тем значительнее, чем ниже уровень, то сильнее всего им снижается уровень помех.

тракт передачи

Рисунок 19. Диаграмма уровней

Ограничители амплитуд

Ограничители амплитуд ОА предназначены для того, чтобы предотвратить перегрузку устройств группового тракта (усилителей, преобразователей частоты) при поступлении на вход каждого из них группового сигнала с повышенным уровнем. Групповые устройства рассчитываются на определенную максимально допустимую величину группового сигнала, превышение которой вызывает появление нелинейных искажений. Ограничитель амплитуд представляет собой параллельное соединение диодов, сопротивление которых зависит от величины приложенного напряжения.

Рисунок 20. Зависимость сопротивления диодов от приложенного напряжения

При увеличении входного напряжения выше допустимого уровня, сопротивление диодов уменьшается и за счет этого увеличивается шунтирующее действие параллельного плеча. Для изменения режима ограничения ОА на него подают напряжение смещения.

Предискажение уровней

Для увеличения помехозащищенности сигнала в области высоких частот на длинных магистралях устанавливают контур предварительного наклона КПН, который увеличивает уровень высокочастотного сигнала и уменьшает уровень низкочастотного сигнала. При этом мощность группового сигнала должна оставаться постоянной.

Рисунок 21. Графики, поясняющие работу КПН



Необходимость автоматической регулировки уровней на оконечных и промежуточных станциях. Работа устройств АРУ.

Устройства автоматической регулировки уровня АРУ предназначены для поддержания постоянства остаточного затухания каналов и диаграммы уровней линейного тракта во времени и заданных пределах.

Основная задача устройства АРУ - компенсация временных изменений остаточного затухания канала.

Исходя из наиболее характерных признаков устройства АРУ можно классифицировать следующим образом:

по принципу организации контроля: прямого и косвенного действия;

по способу управления регуляторами: электромеханическая, электротермомеханическая, электрохимическая, электронная;

по числу токов контрольных частот: одночастотная, двухчастотная, трехчастотная;

по способу автоматического регулирования (по виду регуляторов): плоская, наклонная, криволинейная;

по способу включения регулирующих устройств: на входе ЛУС, между каскадами ЛУС, в цепь отрицательной обратной связи ООС.

АРУ прямого действия

Принцип работы устройств АРУ прямого действия заключается в том, что в линию вместе с полезным сигналом подается ток контрольной частоты Iкч с постоянным уровнем и определенной частоты, выбираемой в полосе частот регулируемого спектра сигнала.

Рисунок 22. АРУ прямого действия



На промежуточной станции НУП или в тракте приема противоположной оконечной станции Iкч выделяется приемником контрольного канала, сравнивается с эталонным Iэт, и, если Iкч <Iэт, то регулятор устройств АРУ, включенный в цепь ОС усилителя так меняет глубину ОС, а следовательно усиление усилителя, что уровень полезного сигнала увеличивается. А если Iкч>Iэт, усиление усилителя уменьшается. АРУ прямого действия имеет высокую точность регулировку, но очень сложную схему, поэтому применяется в качестве групповых устройств АРУ в тракте приема оконечной станции и в качестве линейных на определенных НУП, получивших название регулируемых НУП-Р. На основной части НУП устанавливаются АРУ косвенного действия, как более простые.

Для работы устройств АРУ прямого действия в линейный спектр полезного сигнала вводятся контрольные частоты, расположенные обычно по краям рабочего диапазона частот. Однако работа линейных устройств АРУ является недостаточной для полноценного контроля и регулировки условий передачи сигналов. И в оборудование добавляются устройства АРУ по группам. Для работы устройств групповых АРУ в каждую типовую группу вводится своя контрольная частота: ПГ - 84,14 кГц, ВГ - 411,86 кГц, ТГ - 1552 кГц.

АРУ косвенного действия

Принцип работы устройств АРУ косвенного действия основан на определении колебаний температуры грунта, что является причиной изменения параметров кабеля в течение времени, а следовательно изменений уровня полезного сигнала. Для этого рядом с НУП на глубине прокладки кабеля закапывается термодатчик, содержащий терморезистор. Сопротивление терморезистора изменяется при изменении температуры грунта и соответственно меняет ток подогрева регулятора устройств АРУ. Соответственно изменяется глубина ОС усилителя и величина усиления линейного усилителя НУП.



Рисунок 23. АРУ косвенного действия

Применяется три вида регуляторов устройств АРУ: плоский, наклонный и криволинейный, для работы каждого из которых вводится своя контрольная частота. Например, в аппаратуре К-60П для работы плоского регулятора вводится контрольная частота 248 кГц, наклонного - 16 кГц, криволинейного - 112 кГц.

Свое название регуляторы получили в зависимости от вида той части неравномерности характеристики затухания, которую они позволяют регулировать. Плоский регулятор компенсирует постоянную составляющую, наклонный - наклонную, криволинейный - степень выпуклости характеристики затухания.

18. Устройства АРУ. Назначение, виды, принцип работы

АРУ - автоматическая регулировка уровня.

-служит для поддержания постоянного уровня сигнала передаваемого по линии

АРУ: прямого и косвенного действия

АРУ прямого действия

Ток контрольной частоты сравнивается с током текущей частоты

Если Iкч не равен Iэталон., то на выходе СС появляется управляющее напряжение соответствующей величины и знака.

Это напряжение управляет регулятором, кот. Включен в цепь ОС и так меняет глубину ОС, чтобы усиление усилителя обеспечивало номинал. Уровень сигнала.

Недостаток:- сложность схемы

Достоинство: высокая точность регулировки

АРУ косвенного действия

Оптоволну на глубине прокладки кабеля закладывают в термодатчик. При колебаниях температуры грунта изменяется сопротивление терморезисторов, а его величина влияет на состояние регулятора, кот. изменяя глубину ОС меняет коэф. усиления усилителя.

Достоинство: простота конструкции

недостаток: низкая точность регулировки

Обычно в лаб. установках нес-ко регуляторов, для работы каждого из кот. Вводится своя КЧ.

Помехи и способы борьбы в ними в линейных трактах

Методы борьбы с помехами в каналах и линейных трактах АСП

Величина отношения C/N определяется суммарной мощностью шума и помех, аддитивных по природе.

Источник помехи

Электрическое поле

Магнитное поле

Электромагнитное поле

Пульсации источника питания

Конечное внутреннее сопротивление источника питания

Конечное волновое сопротивление проводов питания

Паразитная обратная связь

Самовозбуждение (затухающее)

Собственные шумы элементов

Различают помехи:

1. внутренние или собственные (шумы) В оборудовании преобразования и линейных трактах за счет нелинейности в p-n переходах, влияния нелинейных усилителей.

2. внешние. Возникают за счет переходных влияний между соседними цепями, а также 1 пара кабеля влияет на другую, влияние электрических кабелей, линий электропередачи ЛЭП, Эл-е железная дорога.

Меры борьбы с помехами. Действие помех на каналы оценивается величиной помехозащищенности.

В линейных трактах

1. включение контура предварительного наклона (КПН). КПН применяется для увеличения помехозащищенности, он вносит предискажение уровней.

2 Инверсия частотных помех



А)основной вид линейного спектра

Б) инвертный вид лин спектра

В каналах

1. ставится ограничитель амплитуд (ОА). Он предохраняет устройство группового таркта от перегрузок.

Диоды шунтируют цепочку, уменьшают нагрузку устройств группового тракта

2. ставятся компандерные уст-ва.(уст-ва в оборудовании каждого канала). - для увеличения помехозащищенности.



Компрессор сжимает динамический диапазон, экспандер расширяет его.

3. в ЛТ ставят контур предварительного наклона КПН. За счет него повышается помехозащищенность.

Важнейшим показателем качественного состояния канала передачи является степень воздействия различных мешающих факторов на передаваемый электрический сигнал. Такие факторы получили название шумов и помех. Для уменьшения их влияния на полезный сигнал применяются следующие методы: компандерные устройства, ограничители амплитуд, предискажение уровней и инверсия частотных полос.

Компандерные устройства

Компандерные устройства предназначены для повышения защищенности от помех, возникающих в линейном тракте во время прохождения полезного сигнала, и снижения уровня этих помех в паузах.

Компандерные устройства состоят из компрессора (сжимателя) и экспандера (расширителя). Компрессор устанавливается в тракте передачи и сжимает динамический диапазон сигнала, а экспандер устанавливается на приеме и восстанавливает исходное соотношение уровней сигнала.

Экспандер, включенный в приемной части канала, восстанавливает динамический диапазон сигнала до исходного значения.

Компандерные устройства пропускают сигналы с определенным уровнем без изменения. Для сигналов с более высоким уровнем компрессор вносит затухание, а для сигналов с более низким уровнем - усиление. Экспандер наоборот, для сигналов с более высоким уровнем вносит усиление, а для сигналов с более низким уровнем - затухание. Поскольку снижение уровня в экспандере тем значительнее, чем ниже уровень, то сильнее всего им снижается уровень помех.

Ограничители амплитуд

Ограничители амплитуд ОА предназначены для того, чтобы предотвратить перегрузку устройств группового тракта (усилителей, преобразователей частоты) при поступлении на вход каждого из них группового сигнала с повышенным уровнем. Групповые устройства рассчитываются на определенную максимально допустимую величину группового сигнала, превышение которой вызывает появление нелинейных искажений. Ограничитель амплитуд представляет собой параллельное соединение диодов, сопротивление которых зависит от величины приложенного напряжения.

При увеличении входного напряжения выше допустимого уровня, сопротивление диодов уменьшается и за счет этого увеличивается шунтирующее действие параллельного плеча. Для изменения режима ограничения ОА на него подают напряжение смещения.

Предискажение уровней

Для увеличения помехозащищенности сигнала в области высоких частот на длинных магистралях устанавливают контур предварительного наклона КПН, который увеличивает уровень высокочастотного сигнала и уменьшает уровень низкочастотного сигнала. При этом мощность группового сигнала должна оставаться постоянной.

Инверсия частотных полос

Для систем передачи, работающим по соседним парам одной четверки симметричного кабеля, предусмотрены 2 варианта линейного спектра: основной и инверсный. За счет инверсии внятные переходные разговоры превращаются в невнятные (шумы), а мешающее действие шума проявляется слабее, чем внятного переходного разговора.

Помехи в каналах ТЧ. Борьба с перегрузками группового тракта с помощью ограничителя амплитуд.

На выходе канала ТЧ кроме информационного сигнала присутствуют помехи, которые определяются на приемном конце в точке с относительным уровнем минус 7 дБ. Средняя величина псофометрического (взвешенного) напряжения помех в канале в течение любого часа на одном переприемном участке длиной 2500 км не должна превышать 1,1 мВ псоф (10000 пВт псоф в точке относительного нулевого уровня).

Стандартные каналы ТЧ, организованные с помощью цифровых и оптических систем передачи, являются более высококачественными. Поэтому ряд характеристик цифровых каналов ТЧ имеют следующие отличия.

Нормы на амплитудно-частотные искажения заданы МСЭ-Т в виде шаблона (Рис. 6.24). Если сравнить допустимые отклонения остаточных затуханий цифровых и аналоговых каналов ТЧ (см. Рис. 6.22), можно отметить, что нормы для цифровых каналов более жесткие. То же можно сказать и о фазочастотных искажениях (Рис. 6.25).

Рис. 24. Шаблон отклонений остаточного затухания цифрового канала ТЧ

Рис. 25. Шаблон на допустимую неравномерность ГВП цифрового канала ТЧ

Для цифровых каналов ТЧ вводится дополнительная характеристика, которая оценивает шумы квантования. Эта характеристика задается в виде зависимости отношения сигнал-шум (ОСШ) от уровня сигнала (Рис. 6.26).



Рис. 26. Зависимость отношения сигнал/шум квантования от уровня сигнала

Ограничителями амплитуд называют устройства, которые обеспечивают на выходе практически неизменное напряжение, не зависящее от напряжения на входе, если последнее превышает некоторую предельную величину, называемую порогом ограничения. Для небольших напряжений, не превосходящих порога ограничения, ограничитель должен обладать достаточно линейной амплитудной характеристикой, т. е. коэффициент нелинейных искажений для этих напряжений не должен превосходить допустимой величины. Другим существенным требованием, предъявляемым к ограничителю, является постоянство входного сопротивления при различных режимах работы.

В системах многоканальной связи, использующих частотное уплотнение и AM, использование ограничителей позволяет ограничить амплитуду электрических колебаний, поступающих от абонента в общий групповой тракт передачи, что бывает необходимо в целях предупреждения перегрузки групповых устройств (преобразователей, усилителей и т. п.).

Уровни разговорных токов, поступающих со стороны входа канала коммутатора, могут изменяться в широких пределах. В некоторые моменты времени они могут достигать -8,69 дб и даже превышать эту величину. Столь большие уровни, проникая в канал и поступая на групповые элементы тракта передачи (групповые усилители, модуляторы и т. д.), могут повлечь за собой перегрузку их и как следствие этого возникновение переходных влияний между каналами системы.

Ограничитель, включенный в передающую ветвь индивидуальной части канала, срезает недопустимо большие пики напряжений разговорного тока. При этом в канале, естественно, появляются некоторые нелинейные искажения. Однако поскольку они возникают только в моменты существования больших уровней самого сигнала и почти отсутствуют, когда сигнал имеет нормальный уровень -- их мешающее действие невелико.

Ограничители амплитуд ОА предназначены для того, чтобы предотвратить перегрузку устройств группового тракта (усилителей, преобразователей частоты) при поступлении на вход каждого из них группового сигнала с повышенным уровнем. Групповые устройства рассчитываются на определенную максимально допустимую величину группового сигнала, превышение которой вызывает появление нелинейных искажений. Ограничитель амплитуд представляет собой параллельное соединение диодов, сопротивление которых зависит от величины приложенного напряжения.

Рисунок 27. Зависимость сопротивления диодов от приложенного напряжения цифровой электросвязь напряжение спектральный

При увеличении входного напряжения выше допустимого уровня, сопротивление диодов уменьшается и за счет этого увеличивается шунтирующее действие параллельного плеча. Для изменения режима ограничения ОА на него подают напряжение смещения.

Группообразование в системах передачи с ЧРК. Понятие о первичной, вторичной, третичной группе

При построении аппаратуры с ЧРК применяется групповой способ построения, при котором первая ступень преобразования является индивидуальной, а все следующие ступени - групповыми. Для обеспечения возможности совместной работы систем передачи любых стран производителей Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) приняты следующие типовые группы каналов:

В аппаратуре приняты следующие способы формирования типовых групп каналов: для ПГ основной (с одной ступенью преобразования) и с предгрупповой ступенью преобразования; для ВГ основной и инверсный; для ТГ основной. Основной способ формирования ПГ: исходный сигнал в спектре (0,3-3,4)кГц подается на индивидуальный модулятор и с помощью соответствующей несущей, рассчитываемой по формуле fнес = 108 - 4(к - 1), и выделения нижней боковой преобразуется в спектр ПГ. Способ формирования ПГ с предгруппой: каждые 3 канала ТЧ с помощью несущих 12, 16 и 20 кГц и выделения ПФ верхней боковой преобразуются в спектр предгруппы (12 - 24) кГц. Затем 4 таких предгруппы преобразуются в спектр ПГ с помощью несущих fнес = 120 - 12 (Пр - 1) и выделения ПФ нижней боковой в спектр ПГ. Основной способ формирования ВГ: 5 ПГ подаются на групповые модуляторы и с помощью несущих fнес = 420 + 48 (П - 1) и выделения ПФ нижней боковой преобразуются в спектр ВГ. Инверсный способ формирования ВГ: 5 ПГ подаются на групповые модуляторы и с помощью несущих fнес = 252 + 48 (П - 1) и выделения ПФ верхней боковой преобразуются в спектр ВГ. Инверсный способ формирования предусмотрен для уменьшения влияния друг на друга систем передачи, работающим по парам одной четверки симметричного кабеля. Основной способ формирования ТГ: 5 ВГ подаются на групповые модуляторы и с помощью несущих fнес = 1364 + 248 (В - 4) и выделения ПФ нижней боковой преобразуются в спектр ТГ. Станционное оборудование содержит аппаратуру для преобразования и формирования типовых групп каналов, аппаратуру для формирования сигналов в линейном спектре системы передачи и аппаратуру для разделения, обратного преобразования и восстановления сигналов в тракте приема.

Каналообразующая аппаратура. иерархия систем передачи с частотным разделением

Каналообразующая аппаратура (КА) является стандартной для различных систем. Она предназначена для создания каналов с характеристиками, соответствующими определенным нормам. В ней исходные сигналы, занимающие полосу частот 0,3…3,4 кГц преобразуются в групповой сигнал одной из разновидностей стандартных групп. Эта аппаратура устанавливается на оконечных и переприемных станциях. Использование каналообразующей аппаратуры позволяет строить оконечную аппаратуру систем передачи различной емкости на основе стандартного преобразовательного оборудования.