Лекция 2 ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ С ЧРК.
1. Формирование сигналов в системах с частотным разделением
2. Многократное преобразование
3. Классификация многоканальной аппаратуры
2.1. Формирование сигналов в системах с частотным разделением
Многоканальная электросвязь, как было установлено ранее (см. § 1.4), может
быть осуществлена методом частотного разделения сигналов. Этот метод поясняется
рис. 2.1, на котором изображена схема формирования линейной полосы частот, и рис.
2.2, на котором приведена блок-схема передающей оконечной аппаратуры.
Как видно из этих схем, для организации N связей с одинаковыми исходными
полосами частот (
) полоса частот каждого из N источников информации
(например, от микрофонов) подается на индивидуальные преобразователи М с
различными несущими частотами. Так как индивидуальные преобразователи содержат
различные полосовые фильтры ПФ, то в тракт (линию) поступят следующие колебания: для
первой связи колебания с частотами
для второй—
и для N-й связи
.,
Рис. 2.1
Общая полоса частот, передаваемая в тракт определяется полосой, отводимой на одну связь
, и числом осуществляемых связей
(2.1)
Полоса частот каждого преобразованного сигнала
. может быть равна или шире исходной полосы
частот
в зависимости от метода модуляции и условий
передачи модулированных сигналов, т. е.
(2.2)
Общая же полоса всех N преобразованных
сигналов определится тогда из соотношения
(2.3)
Рис. 2.2
Но при увеличении К расширяется полоса частот
по тракту модулированного сигнала.
, используемая для передачи
Действительно, если подставить в уравнение (2.9) выражение (2.8), то
получим
f
.............................(2.11)
Воспользовавшись таблицами функций Бесселя и выражением (2.11), можно
найти зависимость
при
(табл. 2.1).
Необходимая полоса частот для каждой осуществляемой связи равна:
(2.12)
Из таблицы видно, что если, например, выбрать индекс модуляции в пределах
от 5 до 20, то линейная полоса частот будет в 8ч-24 раза шире полосы частот
амплитудно-модулированных колебаний, а по сравнению со способом передачи только
одной боковой полосы частот (при амплитудной модуляции) в 16 - 48 раз шире.
Однако частотная модуляция создает условия для высокой помехозащищенности и
поэтому, несмотря на расширение полосы частот, в некоторых случаях применяется при
организации многоканальной связи.
Формирование сигналов при амплитудной модуляции осуществляется с помощью
преобразователя — четырехполюсника, содержащего один или несколько нелинейных
элементов.
2.2. Многократное преобразование
При построении аппаратуры многоканальных систем связи используют, как
правило, многократное преобразование частоты в передающей и приемной частях
аппаратуры. Многократное преобразование заключается в том, что спектр частот
исходного сигнала преобразуется на передающей станции в линейный спектр не непосредственно (одной ступенью преобразования), а двумя .и более ступенями.
Аналогично, но в обратном порядке преобразуется на приемной станции линейный
спектр в спектр исходного сигнала. При этом преобразованию могут быть
подвергнуты индивидуальные сигналы (индивидуальное преобразование) и суммарный
— групповой — сигнал (групповое преобразование).
Многократное преобразование позволяет преодолеть технические трудности,
связанные с формированием линейного спектра частот, а также создавать экономичные
системы. Кроме того, оно дает возможность применять стандартное оборудование
для различных многоканальных систем, более рационально использовать линейную
полосу частоту, применять простые и дешевые фильтры для выделения требуемых
полос частот, преобразовывать исходный сигнал в том случае, если исходная и линейная
полосы частот частично совпадают, как это показано на рис. 2.9. Из рис. 2.9 видно,
что с помощью одной ступени преобразования переместить исходную полосу
частот
в линейную полосу
невозможно, так как при этом будет иметь место
непосредственное
влияние
частот
с
входа
преобразовател я
на
соответств ую щие часто ты
на выходе данного преобразователя.
Во избежание непосредственного переходного влияния применяется метод с
использованием двух ступеней преобразования. Первая ступень преобразования
необходима для перемещения исходной полосы
в промежуточную полосу
, которая не должна совпадать ни с исходной, ни с линейной полосой, а
вторая ступень преобразования необходима для перемещения промежуточной полосы
в линейную полосу
Для линейной полосы частот, полученной в результате много кратного
преобразования, введено понятие о виртуальной частоте преобразования.
Виртуальной частотой преобразования называется фиктивная несущая частота, с
помощью которой можно было бы исходную полосу частот сигнала переместить в
линейную (результирующую) полосу путем однократного преобразования. Иными
словами, виртуальной является такая частота в линейной полосе, которая соответствует
нулевой частоте в исходном сигнале.
На рис. 2.10 приведен пример перемещения спектров частот при многократном
преобразовании. Исходные полосы (0,15 - 3,55 кгц) 12 телефонных сигналов
превращаются в общие линейные полосы / или // с применением трех ступеней
преобразования1). В первой ступени преобразования (индивидуальной) используется
несущая частота 108 кгц для исходной полосы частот первого сигнала, 104 кгц—
второго и, наконец, 64 кгц — для двенадцатого сигнала, после чего общая полоса частот
604-1108 кгц подвергается групповому преобразованию несущей частотой 340 кгц, в
результате получается промежуточная полоса 4004-448 кгц,
которая, в свою
очередь,
преобразуется
в
линейную
полосу
частот
/
при
помощи
второго
группового
преобразования
несущей
частотой
484
кгц
или
в линейную полосу // при помощи второго группового преобразования несущей
частотой 364 кгц.
Рис. 2.10
Для .линейной полосы / виртуальными частотами будут 36 кгц для первой
исходной полосы частот, 40 кгц —для второй и 80 кгц — для двенадцатой. Для
линейной полосы // виртуальными частотами будут 84 кгц для первой исходной
полосы частот, 80 кгц — для второй и 40 кгц — для двенадцатой.
2.3. Классификация многоканальной аппаратуры
При построении многоканальной аппаратуры необходимо учитывать возможность
ее использования для передачи различных видов информации. В настоящее время
большинство каналов многоканальных систем занято телефонной связью. Телефонные
каналы являются каналами двустороннего действия; все другие каналы (телеграфные,
вещания и т. д.) —односторонние.
Классификация многоканальной аппаратуры может быть, произведена по
различным признакам.
По назначению аппаратура подразделяется на оконечную и промежуточную или
трансляционную. Оконечная аппаратура располагается на оконечных станциях и
предназначена, главным образом, для формирования модулированного сигнала,
передаваемого в линию, и для восстановления исходных сигналов из приходящих с
линии модулированных сигналов. Таким образом, оконечная аппаратура содержит
передающую и приемную части. Промежуточная или трансляционная аппаратура
предназначена для усиления передаваемых сигналов с целью увеличения дальности
связей. Основным оборудованием являются усилительные и корректирующие
устройства.
В основу построения любой многоканальной системы связи положен стандартный
канал тональной частоты (тч)—совокупность устройств, обеспечивающих передачу
информации от источника сообщения к получателю в спектре частот 0,3 -3,4 кгц.
По числу стандартных каналов тональной частоты различается аппаратура с
малым числом каналов (до трех) и с большим числом каналов (кратным двенадцати).
Многоканальная аппаратура состоит из индивидуальной и групповой частей. К
индивидуальной части относятся ,все устройства (узлы), которые используются для
передачи информации от одного независимого источника. Такие устройства повторяются
столько раз, сколько связей необходимо получить. К групповой части относятся все
устройства (узлы), предназначенные для передачи групповых сигналов от всех или
части источников информации.
Рис. 2.1l
Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии
(МККТТ) рекомендовано применять следующее стандартное оборудование, с помощью
которого сигналы от отдельных источников информации со спектром 0,3 - 3,4 кгц
преобразовываются при передаче, образуя групповой сигнал, и восстанавливаются
при приеме:
1) первичный групповой тракт;
2) вторичный групповой тракт;
3) третичный групповой тракт;
4) четверичный групповой тракт.
Спектр частот и число сигналов, соответствующие этим групповым трактам,
показаны на рис. 2.11. Полоса частот первичного» группового тракта (60 -108 кгц)
рассчитана на
12 стандартных, каналов тч и формируется с помощью 12
индивидуальных преобразователей частоты. Несущие частоты при этом кратны 4
кгц и равны 64, 68, ..., 108 кгц. Полоса частот вторичного группового тракта (312 552 кгц) рассчитана на 60 стандартных каналов тч. и образуется из 5 первичных
групповых трактов. Полоса частот третичного группового тракта (812 - 2044 кгц)
рассчитана на 300» стандартных каналов тч и формируется из спектров частот 5 вторичных групповых трактов. Полоса частот четверичного группо вого тракта (8516 -
12 388 кгц)
рассчитана
на 900 стандартных каналов тч и формируется
.преобразованием спектров частот 3 третичных групповых трактов.
Таким образом, каскадное включение группового оборудования^ в зависимости
от числа каналов системы позволяет путем многократного преобразования
сформировать групповой сигнал для передачи в линию и выделить исходные сигналы
из группового, приходящего с линии.
Литература :
Осн. 1. [ 8-21 ]
Доп. 1. [ 102-104 ]
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные характеристики сигналов электросвязи.
2. Какие типы каналов организуются в СП?
3. Какие принципы разделения каналов используются в СП, их достоинства и
недостатки?
4. Объясните упрощенную структурную схему многоканальной СП с ЧРК.
5. Объясните упрощенную структурную схему многоканальной СП с ВРК.
Лекция 3. КАНАЛЫ СВЯЗИ
1. Телефонные каналы.
2. Образование телефонных каналов
3. Каналы двухстороннего действия
3.1. Телефонные каналы.
Каналы, предназначенные для передачи телефонной информации на большие
расстояния, обладают рядом специфических особенностей. Последние обусловлены тем, что при
организации телефонной связи необходимо соединять четырехпроводные междугородные
каналы с двухпроводными городскими цепями и двухпроводными абонентскими аппаратами.
Указанные соединения обычно осуществляются с помощью развязывающих дифференциальных
систем (см. ниже). Наличие не полностью сбалансированных дифференциальных систем в
телефонных каналах многоканальной аппаратуры является причиной появления специфиче ских амплитудно-частотных искажений — искажений от обратной связи, а в некоторых
случаях самопроизвольных колебаний (генерации) или мешающего влияния электрического
эха у говорящего и слушающего абонентов.
Рассмотренные особенности телефонных каналов отрицательно сказываются при
большой протяженности связи.
В настоящее время телефонные каналы организуются, главным образом, с
использованием стандартных каналов тональной частоты в спектре частот 0,3-3,4 кгц. Для
зоновой (внутрирайонной, внутриобластной) связи могут использоваться также нестандартные
каналы.
К нестандартным каналам относятся телефонные каналы тональной частоты, по
которым речевые сигналы передаются без преобразования, а также телефонные каналы
нетиповой аппаратуры многоканальной связи с небольшим числом каналов.
3.2. Образование телефонных каналов
Нестандартные телефонные каналы тональной частоты (тч), по которым передача
осуществляется без преобразования сигналов, являются вспомогательными и
предназначаются для:
— пригородной и внутрирайонной телефонной связи;
— служебной связи, которая должна обеспечивать бесперебойное действие основной
магистрали, оборудованной многоканальной аппаратурой;
— присоединения абонентов промежуточных пунктов к крупным узлам связи.
По двухпроводным междугородным каналам телефонная связь в диапазоне
тональных частот может быть осуществлена с помощью специальных усилителей, которые
устанавливаются в промежуточных и в оконечных пунктах.
Рис. 4.3
По кабельным цепям телефонная связь в диапазоне тональ ных частот
осуществляется обычно по однополосной четырехпроводной системе так, как это показано на
блок-схеме рис. 4.3. В данном случае для организации связи необходимо наличие двух
кабельных цепей (обычно в одной кабельной четверке), а в каждом промежуточном пункте
— двух самостоятельных (симплексных) усилителей: Ус1 для усиления сигналов в одном
направлении и Ус2 — в другом направлении.
Высокочастотные телефонные каналы являются в настоящее время основными, так
как, обладая хорошими качественными показателями, они могут обеспечить практически
неограниченную дальность действия.
Для телефонных связей по коаксиальным и симметричным кабельным цепям наиболее
широко применяются однополосные четырехпроводные системы.
Рис. 4.4
Однополосной четырехпроводной называется такая система связи, в которой для
передачи телефонных сигналов в одной и той же полосе частот используются две
двухпроводные цепи для передачи в двух разных направлениях.
Рис. 4.5
Блок-схема, поясняющая принцип однополосной четырехпроводной системы связи по
высокой частоте, приведена на рис. 4.4. Как видно из схемы, в каждом оконечном пункте
располагается одинаковое высокочастотное оборудование, необходимое для создания N
высокочастотных связей. В каждом промежуточном пункте устанавливаются два
самостоятельных усилителя (Ус1 и Ус2) одностороннего действия.
Для высокочастотной связи по двухпроводным цепям применяется двухполосная
двухпроводная система (рис. 4.5). В этом случае в оконечных пунктах устанавливается
оборудование для создания N связей, причем передаются в линию токи одной полосы
частот, а принимаются токи другой полосы частот. В каждом промежуточном пункте
включаются усилительные устройства, состоящие из двух групп фильтров (ФА и Ф в) и двух
усилительных элементов УЭ\ и УЭ2 для усиления токов двух направлений передачи с
разными полосами частот. *
Сравнивая блок-схемы рис. 4.4 и 4.5, легко заметить, что в электрическом отношении
однополосная четырехпроводная и двухполосная двухпроводная системы связи являются
эквивалентными: для осуществления каждой связи необходимо иметь два самостоятельных
тракта (две кабельные пары или две различные частотные полосы).
3.3. Каналы двухстороннего действия
При осуществлении связи между двумя пунктами часто возникает необходимость
передачи сигналов в обоих направлениях, т. е. необходимость создания двухсторонних
каналов. Прежде всего такие каналы используются при телефонной связи, так как
абонент должен иметь возможность перебить собеседника, например, для того, чтобы
переопросить его, подать реплику. Каналы двухстороннего действия обеспечивают
возможность непрерывного общения двух абонентов между собой. Следовательно, канал
ТЧ, по которому передается телефонный сигнал, должен быть двухсторонним. Такой
канал может 'быть организован как сочетание двух встречных каналов одностороннего
действия (рис. 3.1).
Рис. 3.1
Поскольку передача сигналов в разных направлениях производится по двум
разным каналам, то организованный таким способом канал ТЧ является
четырехпроводным. В связи с этим используется термин «четырехпроводное окончание»
канала ТЧ.
При подключении к каналу ТЧ местной цепи, являющейся двухпроводной,
необходимо использовать развязывающие устройства (РУ). Такое окончание канала ТЧ
(рис. 3.2) принято называть двухпроводным окончанием канала ТЧ. Из рис. 3.2 видно,
что для того чтобы разные направления передачи были вдаимонезавнсимы, нужно,
чтобы затухание РУ в направлении 3—4 (4—3) было бесконечно большим.
Для обеспечения нормальной работы канала ТЧ необходимо нормировать
величины мощностей и напряжений или соответствующих им уровней в различных
точках этого канала. Все нормированные величины удобно относить к условной точке
номинального нулевого относительного уровня. За эту точку принимают двухпроводный
вход канала ТЧ. Таким образом, нормированная величина относительного уровня
передачи на двухпроводном входе канала ТЧ равна 0 дБ. На входе четырехпроводного
окончания канала ТЧ нормированное значение уровня передачи равно —!3 дБмО, а на
выходе 4 дБмО. Частота измерительного сигнала принимается равной 800 Гц.
Уровень передачи на двухпроводном выходе канала ТЧ определяется его
остаточным затуханием. Остаточным затуханием канала называется его рабочее
затухание, определяемое как разность между суммой всех затуханий и суммой всех
усилений в канале на заданной частоте, т. е.
.
Имея в виду равенство входного и выходного сопротивлений канала, остаточное
затухание можно определить как разность уровней передачи на входе и выходе
канала, т. е.
. Так как
=0, то
= — а о с т . Как будет показано,
остаточное затухание канала ТЧ при двухпроводном его окончании должно 'быть
больше нуля, что определяется условиями устойчивости канала, допустимыми
искажениями от обратной связи и минимальным мешающим действием токов
электрического эха. С учетом изложенного номинальная величина остаточного
затухания на частоте 800 Гц в канале ТЧ с двухпроводным окончанием должна быть
равна 7 дБ. Эту величину остаточного затухания обеспечивают удлинители Удл,
включенные на входе л выходе канала ТЧ двухстороннего действия (рис. 3.2),
затухание которых
/2 = 3,5 дБ. Кроме того, эти удлинители, называемые
транзитными, облегчают условия балансировки дифференциальной системы и позволяют
при осуществлении транзитного соединения нескольких каналов ТЧ сохранить
остаточное затухание равным номинальной величине.
Рис. 3. 2
3.4. Дифференциальная система
В качестве развязывающего устройства в канале ТЧ с двухпроводным
окончанием
(см.
рис.
3.2)
используются
дифференциальные
системы.
Дифференциальная система должна включаться в канал согласованно и обеспечивать
большое затухание между отдельными усилительными направлениями и малое
затухание от двухпроводного окончания канала ТЧ к любому из усилительных
направлений. Поэтому при рассмотрении свойств дифференциальной системы будем
интересоваться входными сопротивлениями со стороны всех ее зажимов и затуханиями
в различных направлениях передачи.
Дифференциальные системы выполняются с помощью либо дифференциального
трансформатора, либо резисторов в виде мостовой схемы. В многоканальных системах
передачи широко используются дифференциальные системы на трансформаторах (рис.
3 3) Зажимы 3—3 и 4—4 дифференциальной системы, к которым подключаются два
встречных односторонних канала, являются диагоналями моста. В одно из плеч моста
(зажимы 1—1) подключается двухпроводная местная цепь. К другому плечу
(зажимы 2 — 2) — балансный контур, сопротивление которого
по дбирается
таким образом, чтобы мост был уравновешен. В этом случае
сигнал с выхода одного одностороннего канала на вход другого поступать не будет, т.
е. встречные направления передачи будут взаимно независимыми.
Рис. 3. 3
Рис. 3. 4
Определим сопротивление Z2, при котором дифференциальная система будет
уравновешена. Для этого подключим источник энергии с внутренним сопротивлением
Z4 к зажимам 4—4 дифференциальной системы (рис. 3.4). Для упрощения рассуждений
будем считать, что активное сопротивление обмоток трансформатора равно нулю,
индуктивность его обмоток очень велика, рассеяние отсутствует. Так как
дифференциальная система построена по принципу моста, то она будет уравновешена,
если передача энергии между зажимами 3—3 и 4—4 'будет отсутствовать. Для этого
необходимо, чтобы
.
Отсюда
.
В уравновешенной
дифференциальной системе
. Поэтому сопротивление балансного контура,
при котором дифференциальная система будет уравновешена,
Коэффициент трансформации m называют коэффициентом неравноплечести.
Если
=1, то дифференциальную систему называют равноплечей, при
≠ 1 неравноплечей.
На практике условие равновесия дифференциальной системы ложно выполнить
лишь приближенно, так как структура и параметры местное сети меняются от
соединения к соединению. В этом случае балансное сопротивление
, т. е.
уравновесить дифференциальную систему не удается. В силу этого затухание
дифференциальной системы в направлении от зажимов 4—4 к 3—3 и обратно
становится конечным.
Литература :
Осн. 1. [ 8-21 ]
Доп. 1. [ 102-104 ]
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные характеристики сигналов электросвязи.
2. Какие типы каналов организуются в СП?
3. Какие принципы разделения каналов используются в СП, их достоинства и
недостатки?
4. Объясните упрощенную структурную схему многоканальной СП с ЧРК.
5. Объясните упрощенную структурную схему многоканальной СП с ВРК.
